钼矾氧化物低维纳米材料的水热制备及其结构和性能研究

摘要

本论文旨在探索过渡金属氧化物低维纳米材料的水热合成。在该论文中，几种过渡金属氧化物纳米材料被合成出来，它们包括： MoO<,3>纳米带，H<,x>MoO<,3>纳米带，V<,0.13>Mo<,0.87>O<,2.935>纳米线，V<,2>O<,5>·nH<,2>O纳米薄片以及V<,2>O<,5>纳米线。合成这些纳米材料的方法是水热聚合酸性的钼酸盐或钒酸盐溶液。 1．金属Mo粉和H<,2>O<,2>为原料，首先反应得到过氧钼酸溶液，然后在140℃下水热反应12小时直接得到MoO<,3>纳米带；如果在水热体系中加入了少量乙醇，可以一步合成得到蓝色的H<,x>MoO<,3>纳米带。HxMoO<,3>纳米带有着与MoO<,3>纳米带几乎一样的晶体结构及形貌特征，但是它们的PL谱不一样。 主要实验结果发表在Chem．Lett．杂志上，审稿人的评价是“This is a highquality piece of work that describes the selective preparation of white MoO<,3> and blueHxM003 nanobelts．Although the value of x in the H<,x>MoO<,3> nanobelts_is unknown，XPS and photoluminescence spectra clearly show the big difference in the electronicstructures between white and blue nanobelts．”。 2．采用N<,2>H<,4>·H<,2>O--HCl为还原体系，控制还原MoO<,3>纳米带合成得到蓝色和深蓝色的H<,x>MoO<,3>纳米带。借助XRD，Raman，XPS，HRTEM技术手段，详细比较了三种纳米带的晶体结构和电子结构，指出随着氢含量增多，H<,x>MoO<,3>纳米带晶胞参数有轻微膨胀并且结构缺陷增加，结构层中存在的离域电子浓度也升高。电学测量表明深蓝色氢钼青铜H<,x>MoO<,3>纳米带的电阻只有白色MoO<,3>纳米带电阻的五万分之一：电阻一温度测量表明，H<,x>MoO<,3>纳米带电导行为符合掺杂半导体，遵从指数变化规律，并且计算得到电子热激发活化能0.19 eV。 3．以金属Mo，H<,2>O<,2>和NH<,4>VO<,3>为初始原料，首先反应得到酸性的过氧钼酸和过氧钒酸混合溶液，然后在220℃下水热反应48小时合成得到三元氧化物V<,0.13>Mo<,0.87>O<,2.935>超长纳米线。另外，通过改变Mo和NH<,4>VO<,3>摩尔比例，控制合成出了V<,0.13>Mo<,0.87>O<,2.935>微米棱住，微米棒以及V<,2>O<,5>·xH<,2>O纳米带。在电子束作用下，V<,0.13>Mo<,0.87>O<,2.935>单晶纳米线容易变成非晶。PL测试表明V<,0.13>Mo<,0.87>O<,2.935>纳米线有着强蓝色荧光发射，这可能与其结构中存在的本征氧空位有关系。主要实验结果发表在J．Phys.Chem．C杂志上，三位审稿人给予该论文很积极评价，其中一人的评价是“This work seems to be of high significance andoriginality and of exceptional interest to materials science．”。 4．以V<,2>O<,5>，H<,2>O<,2>和HCl液为反应试剂，首先获得酸化的过氧钒酸溶液，然后在200℃下水热处理12小时合成得到V<,2>O<,5>·nH<,2>O结晶纳米薄片。控制实验表明合成得到的V<,2>O<,5>·nH<,2>O结晶纳米薄片是V<,2>O<,5>·nH<,2>O纳米带与V<,2>O<,5>纳米线的中间产物。此外，还详细研究了V<,2>O<,5>·nH<,2>O纳米薄片在空气中加热的脱水过程以及结构演变。 主要实验结果发表在Chem．Lett．杂志上，审稿人的评价是“this study showbeautiful images of V205 nanosheets，moreover，this nanosheets is first observed as anintermediate state between nanobelts and nanowires．”。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2纳米材料概述

§1.2.1纳米材料的结构

§1.2.2纳米材料的基本物理效应

§1.2.3纳米材料的可能应用领域

§1.3纳米材料的合成技术

§1.3.1合成纳米材料的传统方法

§1.3.2合成纳米材料的先进方法

§1.4水热和溶剂热技术合成纳米材料

§1.4.1纳米材料的水热合成技术

§1.4.2纳米材料的溶剂热合成技术

§1.5过渡金属氧化物的结构、性质以及本文的选题依据

参考文献

第二章金属钼—过氧化氢体系中选择性水热合成MoO3与HxMoO3纳米带

§2.1引言

§2.2实验操作和样品表征

§2.3实验结果和讨论

§2.3.1纳米带的物相分析

§2.3.2 MoO3纳米带形貌的场发射扫描电镜观察

§2.3.3两种纳米带的透射电子显微镜分析

§2.3.4两种纳米带的拉曼振动光谱

§2.3.5 X射线光电子能谱分析

§2.3.6纳米带的光致发光谱

§2.4纳米带的形成机理研究

§2.4.1金属钼和过氧化氢溶液的氧化还原反应

§2.4.2聚合反应生成氧化钼纳米带

§2.5本章小结

参考文献

第三章化学还原MoO3纳米带控制合成HxMoO3纳米带以及它们的结构和电输运性能比较

§3.1引言

§3.2实验操作和样品表征

§3.3结构表征

§3.3.1三种纳米带的纸状样品及场发射扫描电镜观察

§3.3.2三种纳米带的粉末X射线衍射分析以及晶格常数比较

§3.3.3三种纳米带的激光拉曼振动光谱的比较研究

§3.3.4三种纳米带中元素钼的X射线光电子能谱分析

§3.3.5纳米带的透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜分析

§3.3.6三种纳米带的光致发光谱

§3.4氢钼青铜HxMoO3纳米带的合成机理讨论

§3.5三种纳米带纸状样品的电输运性能研究

§3.6本章小结

参考文献

第四章水热合成三元过渡金属氧化物V0.13Mo0.87O2.935纳米线及其蓝色荧光性能研究

§4.1引言

§4.2实验操作和样品表征

§4.3实验结果与讨论

§4.3.1V0.13Mo0.87O2.935纳米线和微米棱柱的X射线衍射分析

§4.3.2 V0.13Mo0.87O2.935纳米线和微米棱柱的激光拉曼振动光谱

§4.3.3 V0.13Mo0.87O2.935纳米线和微米棱柱的场发射扫描电镜观察

§4.3.4 V0.13Mo0.87O2.935纳米线的透射电镜观察

§4.3.5 V0.13Mo0.87O2.934纳米线高分辨电子显微镜分析及非晶化过程

§4.3.6 V0.13Mo0.87O2.935纳米线的X射线光电子能谱分析

§4.4水热合成机理及反应物初始比例对V0.13Mo0.87O2.935各向异性晶体生长的影响

§4.5V0.13Mo0.87O2.935纳米线的强蓝色荧光性能及其荧光机理

§4.6本章小结

参考文献

第五章V2O5·nH2O结晶纳米薄片的水热合成以及结构演化

§5.1引言

§5.2实验操作和样品表征

§5.3实验结果与讨论

§5.3.1 V2O5·nH2O纳米薄片的场发射扫描电镜观察

§5.3.2 V2O5·nH2O纳米薄片的X射线衍射分析

§5.3.3 V2O5·nH2O纳米薄片的透射电镜观察及电子衍射

§5.3.4 V2O5·nH2O纳米薄片的高分辨晶格条纹像

§5.3.5 V2O5·nH2O纳米薄片的X射线光电子能谱分析

§5.3.6 V2O5·nH2O纳米薄片的紫外—可见吸收

§5.4 V2O5·nH2O纳米薄片的结构演变

§5.4.1水热条件下的结构演变

§5.4.2退火条件下的结构演变

§5.5本章小结

参考文献

附录(读博士期间完成的第一作者论文)

致谢