分级结构钨系纳米材料的液相合成及性能的研究

作     者：李林枝 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵敬哲

授予年度：2011年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：WO3·H2O 纳米片 分级结构 可见光降解 

摘      要：纳米材料由于其广泛的应用前景而受到人们的关注。随着尺度和形貌的变化，它的物理性质、化学性质、电学性质都有很大的改变，因此人们合成了各种形貌的纳米材料，如一维的纳米线、纳米管、纳米棒，二维的纳米片、纳米碟等。对由纳米片、纳米棒、纳米线等组装而成的分级纳米材料的研究已成为新的研究热点，此方面的研究为发现材料新的特异性能提供了很好的机会，也将为其它分级形貌材料的合成起到积极的指导作用。 作为一种半导体材料，三氧化钨及水合物有许多显著的特性，可广泛应用在催化、灵巧窗、气体传感等领域，因此它成为极具有开发价值的材料之一。影响纳米材料性质的主要因素包括形貌和结构，因此，对于三氧化钨纳米材料的合成和结构的研究至关重要。本论文采用条件温和、工艺简单的液相合成法，成功合成了纳米四方片及纳米片组装的花状、类核桃状WO·HO分级结构，系统考查了合成WO·HO分级纳米结构的最优化条件，并将研制的不同分级纳米结构样品用于罗丹明B的可见光降解实验中，结果表明分级结构样品具有比单分散纳米片更为优异的可见光催化性能，并且分级结构的组装形式不同亦显示出变化的催化性能。论文工作共分三个部分： 第一部分为草酸诱导下，WO·HO纳米四方片的合成及纳米花的组装。合成过程中分别考查了温度、时间、产物的加入方式、表面活性剂的种类和用量等对样品晶化过程及组装情况的影响。结果显示草酸的用量显著影响产物的存在形式和组装形式，当HCO/NaWO=0.25:1时，得到尺度大约为150 nm,厚度为25 nm的单分散纳米四方片;随着草酸量的增加，达到HCO/NaWO=1.5:1时，得到纳米片组装的类花状分级结构，运用紫外－可见分光光度计对引入不同草酸量得到的产物进行了跟踪检测，发现不同分级结构样品具有不同的光学性质。结合实验现象和数据结果，对草酸的作用机理进行了分析和探讨，我们认为草酸中的羧基是影响WO·HO形成及组装的最主要因素。 第二部分工作中，我们在实验体系中引入Ba形成BaWO作为WO·HO合成的中间体，通过BaWO的形貌遗传合成了类核桃状和类花状WO·HO分级纳米结构。考查了中间体BaWO的量、反应物的加入方式、反应体系浓度、H浓度、反应温度、反应时间和表面活性剂的种类对产物的纯度和组装形式的影响，结果发现产物的组装程度和样品的纯度主要由Ba的量和H浓度所控制;当体系H浓度控制在适宜的范围内时，可以实现样品的高纯度和一定的组装程度;而Ba的影响是，在考察的范围内，引入量越大，组装程度越高，纯度也越高。同时我们对控制机理进行了研究。 第三部分工作，根据论文前两部分中制备得到的WO·HO样品的紫外－可见吸收光谱数据和分级结构特征，我们选择了代表性分级结构样品进行了罗丹明B的吸附和可见光降解实验。结果发现样品的组装程度越高，对罗丹明B的吸附量和可见光降解率就越大。