钒酸钙、钒酸锰微纳米结构的合成及电化学特性

作     者：裴银强 

作者单位：安徽工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：裴立宅

授予年度：2013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：钒酸钙纳米棒 钒酸锰微管 钒酸锰纳米棒 水热合成 电化学传感特性 

摘      要：钒酸盐微纳米材料具有良好的电化学及光学特性，在纳米光学、传感器及锂离子电池方面具有很好的应用前景。本文论述了钒酸钙、钒酸锰微纳米材料及电化学传感分析酒石酸和半胱氨酸的研究现状及进展情况。通过水热方法合成了钒酸钙纳米棒，钒酸锰微管及钒酸锰纳米棒，采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨TEM（HRTEM）、红外（IR）光谱及光致发光（PL）光谱等测试手段对所得产物进行结构、形貌及光学表征，研究了生长条件及原料对钒酸盐微纳米材料形成的影响及其生长机制。分析酒石酸、半胱氨酸在钒酸盐微纳米材料修饰玻碳电极上的电化学行为。这在钒酸盐微纳米材料的可控合成、生长机制及应用具有较重要的研究意义。 未使用表面活性剂，以乙酸钙和钒酸钠为原料，通过水热过程合成了捆状结构的单晶钒酸钙纳米棒。电镜观察显示所得钒酸钙纳米棒的平均直径约50nm，直径约3μm。XRD和HRTEM图像显示所得钒酸钙纳米棒由单晶六方Ca10V6O25晶相构成。PL光谱显示所得钒酸钙纳米棒在425nm和488nm位置处存在强烈的紫外和蓝光发射现象。采用晶体分裂的核化、晶体生长过程可以解释钒酸钙纳米棒的形成与生长。以氯化钙为钙源可以得到钒酸钙纳米棒，而以硫酸钙为钙源时，可以得到硫酸钙纳米片及钒酸钙纳米棒构成的花状结构。以偏钒酸铵和乙酸钠为原料，可以得到六方Ca10V6O25晶相的钒酸钙微棒。酒石酸在钒酸钙纳米棒修饰玻碳电极上的电化学循环伏安特性曲线中存在一对半可逆的氧化还原电化学伏安特性峰，其检测限为2.4μM，线性范围是0.005-2mM。 以乙酸锰及钒酸钠为原料、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为表面活性剂，通过水热过程合成了钒酸锰微管结构。XRD分析显示所得钒酸锰微管结构由单斜MnV2O6、四方V2O5和斜方MnO2晶相构成。电镜观察显示所得钒酸锰微管表面光滑，外部直径与内部直径分别为300nm-3μm和200nm-1μm，管壁厚度约50nm-1μm。PVP浓度、水热温度、保温时间及原料对于钒酸锰微管的形成与生长起到了关键作用。以硫酸锰、氯化锰及硝酸锰为锰源时，只能得到无规则颗粒。分别以偏钒酸铵和偏钒酸钠为钒源，可以得到单斜MnV2O6晶相的钒酸锰纳米片和钒酸锰微棒。L-半胱氨酸在钒酸锰微管修饰玻碳电极上的电化学循环伏安特性曲线中存在一对半可逆氧化还原循环伏安特性峰，其检测限为9.2μM，线性范围是0.01-2mM。 以乙酸锰和钒酸钠为原料、十二烷基磺酸钠（SDS）作为表面活性剂，通过水热过程制备出了钒酸锰纳米棒。XRD分析表明所得钒酸锰纳米棒由三斜Mn2V2O7晶相构成。电镜观察显示所得钒酸锰纳米棒为单晶结构，表面光滑，长度和直径分别为5-20μm及50-300nm。SDS对于钒酸锰纳米棒的形成与生长起到了关键作用，采用核化及SDS吸附生长机制可以解释钒酸锰纳米棒的形成与生长。L-半胱氨酸在钒酸锰纳米棒修饰玻碳电极上的电化学循环伏安特性曲线中存在一对半可逆氧化还原循环伏安特性峰，其检测限和线性范围分别为0.026μM和0.00005-2mM。