维三氧化钼纳米材料的合成 结构与性能研究

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1、武汉理工大学博+学位论文摘要一维纳米材料因其独特的电学、光学、磁学和力学特性引起了世界范围内科学家的研究兴趣。如何通过研究其生长机制，进而实现对其尺寸、维度、组成、晶体结构乃至物性的调控，对于深入研究结构与物性的关联、并最终实现按照人们的意愿设计合成功能材料具有重要的意义。M003独特的层状结构使其在电池材料、催化剂、电致变色、敏感元件、光学材料等方面具有潜在而广泛的应用。本论文选择一维三氧化钼纳米材料为研究对象，采用现代测试手段对一维M003纳米材料的合成、结构和性能进行了系统而深入研究，并对合成的MoO、纳米带进行掺杂改性研究。主要内容和

2、研究成果如下：1．分别以三种不同的方法(离子交换法、双氧水氧化法和双氧水分散法)制备了稳定的M003溶胶，并以此三种溶胶为前驱体，采用水热合成方法在没有其它任何催化剂和有机模板剂的条件下，合成了形貌良好、尺寸均一的单晶0t．M003纳米带，宽度为150～400nm，平均厚度为70nnl，长度可达十几微米；单根纳米带表面光滑完整，没有缺陷且结晶完整；纳米带相互聚集，形成整齐排列的“纳米带簇”结构。2．以M003纳米带作为锂离子电池的正极材料时，随着放电的进行，由于正极表面锂离子富集层先逐渐增加随后减少的过程，使得整个电化学反应的电阻先增加后减小

3、，同时锂离子既能嵌入到【M006】八面体层间，也可进入其层内，但在层间的脱嵌是可逆的，而锂离子在层内的脱嵌会引起不可恢复的相变过程，从而导致不可逆容量的损失，与M003体材料相比，纳米带具有较高的放电比容量(首次放电比容量为301mAh／g)和较好的循环性能(循环5次容量保持率可达88％)；单根M003纳米带的非线性I．V曲线表明其仍具有半导体特性，其电导率约为10。4S／cm．与M003体材料相比，纳米带分别在402哪和475nm出现了强紫光带和较弱的蓝光带，显示出良好的光致发光性能；M003对甲基紫、孔雀石绿、藏红、罗丹明B四种染料溶液具

4、有较好的光催化降解性能，由于纳米带尺寸小，比表面积很大，有效增强催化材料吸附有机物的能力，同时光生电子和空穴的氧化能力增强且复合几率减小，导致纳米带光催化活性的增加。3．通过考察水热反应温度和时间对产物结构和形貌的影响，结合材料热力学和动力学知识，探讨了纳米带的生长机理。离子交换法制备的溶胶在水热条件下首先转变为热力学亚稳相h．M003六角柱，随着温度的升高和时间的延长，h-M003按照溶解．重结晶过程转变为稳定相0t．M003纳米带；与前者不同，利用武汉理工大学博十学位论文双氧水氧化法和分散法制备的溶胶(Moa．p以D．qH20)在较低的反

5、应温度和较短的反应时间下，不稳定的过氧根首先发生裂解形成M003水合物，进而多余的H20脱去形成最终产物Ⅱ．M003纳米带。上述三种方法制备的纳米带均沿着c轴方向生长。4．以合成的M003纳米带为主体材料，成功将聚合物PEO和PANI嵌入到M003中，分别得到(PEO)01M003、(PANI)002M003和(PANI)o05M003纳米带，聚合物的存在使纳米带发生团聚，PEO和PANI均嵌入到M003中的[M0061八面体层帕J，引起层间距的增大，从而显著地改善了M003纳米带的电化学性能；成功实现M003纳米带的锂化改性，锂化后纳米带的

6、结构与形貌基本保持不变，锂离子占据M003层间使得层间距变大，锂化后纳米带的电学性能由原来的半导体特性变为金属特性，且电导率显著增大。同时其嵌锂性能也得到了改善；通过不同的金属阳离子(Cro+、V”和Ag+)对M003进行了掺杂，其中与Mo”具有相近离子半径的Cr6+和v”取代了M003中的M∥位置形成复合氧化物纳米带，Ag+离子能够稳定亚稳相M003而形成六角微米柱复合氧化物。5．采用单晶硅为基板在水热条件下合成整齐、有序的M003纳米带阵列，纳米带之间接触紧密，生长方向完全相同，由于彼此之间的约束，纳米带宽度明显变窄且分布均匀，由于结构的

7、有序性，M003纳米带阵列在电化学性能方面具有比一般随机分布纳米带高的放电比容量，在场发射性能方面具有较低的开启电压，且该阵列的场发射符合F．N理论；以聚碳酸酯(PC)膜为模板，结合溶胶凝胶法制备了非晶态氧化钼纳米棒阵列；390℃热处理1小时后转变为晶型良好的MoOr2H20纳米棒阵列，该阵列具有较好的电化学循环性能和场发射性能。关键词：M003；一维纳米材料；合成；结构；掺杂；性能；武汉理工大学博士学位论文ABSTRACTOne-dimensional(1一D)nanomaterialsincludingnanotubes，naorods，

8、naowircsandnanobelts，havebeensignificantlyattractedattentionsduetotheiruniqueelect