金屬氧化物分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的液相制備方法與光催化活性.pdf

1、分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的孔隙率高、比表面積大、不易自聚，不僅能有效提高材料的性能，而且還能賦予新的物理化學(xué)性能;另外，異質(zhì)分級(jí)納米結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)電荷的定向遷移。這使得它們在光催化、太陽能電池、鋰電池、超級(jí)電容器等能源和環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域里有重要的應(yīng)用前景。本學(xué)位論文針對前驅(qū)物易水解的高熔點(diǎn)氧化物分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的制備與異質(zhì)分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，開發(fā)簡易、有效的液相制備新技術(shù)，制備了Ta2O5、Nb3O7F分級(jí)納米結(jié)構(gòu)，Ta3N5/Ta2O5、A

2、g3PO4/α-Fe2O3異質(zhì)分級(jí)納米結(jié)構(gòu);詳細(xì)研究了其生長機(jī)理及其對相關(guān)光催化活性的影響規(guī)律。論文取得的主要研究結(jié)果如下:
　　 利用金屬鉭粉的化學(xué)惰性與中間產(chǎn)物H2TaF7易水解特性，通過HF對金屬鉭粉的緩慢刻蝕控制中間產(chǎn)物H2TaF7的生成速率，構(gòu)建了Ta2O5的準(zhǔn)平衡生長條件，發(fā)展了一種“刻蝕-生長”同步制備新技術(shù)，制備了氟代Ta2O5單晶納米棒組成的三維分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。該氟代Ta2O5分級(jí)結(jié)構(gòu)擁有單晶納米棒組裝單元和高比

3、表面積，表現(xiàn)出了優(yōu)異的光解水產(chǎn)氫活性。
　　 推廣上述“刻蝕-生長”同步制備技術(shù)，并利用異丙醇對Nb3O7F晶面的選擇性吸附，水熱制備了Nb3O7F單晶納米棒和/或納米片等組成的分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。異丙醇在(110)晶面的選擇性吸附，使Nb3O7F沿[001]方向生長，形成初級(jí)的單晶納米棒;隨后因生長速率降低以及(001)和(110)晶面間有大的匹配度，新形成的Nb3O7F在初級(jí)納米棒表面發(fā)生二次異相形核生長次級(jí)納米棒，并最終形成三維

4、分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。理論計(jì)算了Nb3O7F的能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其能級(jí)結(jié)構(gòu)非常適合光催化制氫，并用Nb3O7F分級(jí)納米結(jié)構(gòu)從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了它可作為一種優(yōu)異的光催化制氫材料。
　　 在上述基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步發(fā)展“刻蝕-生長”同步技術(shù)，在水熱條件下用HF緩慢刻蝕Ta3N5納米線制備了Ta3N5/Ta2O5樹枝狀異質(zhì)分級(jí)納米結(jié)構(gòu)。該樹枝狀異質(zhì)分級(jí)納米結(jié)構(gòu)在可見光及模擬光照下，表現(xiàn)出優(yōu)異的電荷分離性質(zhì)，顯示出優(yōu)異的光催化制氫活性。基于分級(jí)結(jié)構(gòu)中Ta3N

5、5和Ta2O5的異質(zhì)結(jié)含量對光催化制氫活性的影響規(guī)律，提出了該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光生電荷分離和傳輸機(jī)理，解釋了光催化活性提高的原因。采用該方法我們還成功制備了TaON/Ta2O5和TiN/TiO2異質(zhì)分級(jí)結(jié)構(gòu)。這說明“刻蝕-生長”同步制備技術(shù)是一種制備前驅(qū)體易水解的高熔點(diǎn)氧化物的高結(jié)晶度分級(jí)納米結(jié)構(gòu)材料和異質(zhì)分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的通用技術(shù)。
　　 同時(shí)，我們還針對具有優(yōu)異界面的異質(zhì)分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的合成技術(shù)存在制備工藝復(fù)雜及容易發(fā)生自相成核等問題，