低維難熔金屬氧化物微-納米結構的制備及其性能的研究.pdf

1、過渡族金屬氧化物的納米材料因其獨特的物理化學性質,在催化、傳感、光學、磁學和電學等領域顯示廣泛的應用前景。制備金屬氧化物的低維納米材料、探索其生長機制、進而實現(xiàn)對尺寸、維度的調控,對于深入研究形貌與結構的關聯(lián)、最終實現(xiàn)按照人們的意愿設計合成具有特殊結構和性能的材料具有重要意義。本論文在氧化鉬、鎢低維納米結構合成新方法的設計、形成機制及性能等方面進行了探索研究。論文的主要研究結果如下:
　　 (1)提出了制備低維MoO2微/納米結

2、構的新方法。以MoO3粉末和石墨為原料,在氮氣氣氛中,加熱到850℃通過氣相沉積方法在硅基底表面得到具有不同形貌的MoO2微/納米結構體,包括枝晶、微/納米片和晶須。主要產物為單晶MoO2微/納米片,形貌呈矩形,長寬在幾微米到幾十微米之間,厚度在200nm左右,具有單斜結構。硅片上產物的不同形貌主要是由于氣相反應物的濃度引起的。中等的氣相反應物濃度是MoO2微/納米片產物的主要原因。MoO2微/納米片優(yōu)先沿<010>和<101>生長,保

3、證了MoO2微/納米片的表面能最低。
　　 (2)采用一種簡單的氣相方法在鎢基片表面大規(guī)模合成出氧化鎢單晶微/納米棒陣列,氧化鎢微/納米棒具有完好的單斜單晶結構,沿<010>方向生長。論文系統(tǒng)地研究了生長溫度、鎢片位置、保溫時間和水浴溫度對氧化鎢微/納米結構形成的影響。研究表明:在同一溫度下,離氣源出口較近的地方所形成的產物為氧化鎢微/納米帶,直徑大于1μm,長度為幾十微米;但在離氣源出口遠些的地方得到的氧化鎢微/納米棒的長度較

4、短;隨保溫時間的延長,鎢片上得到的氧化鎢微/納米棒陣列密度和長度都逐漸增大;溫度升高使得氧化鎢微/納米棒的陣列密度提高,直徑增大;沒有加水浴時,得到的氧化鎢微/納米棒陣列密度較低,長度較短。水浴溫度為60℃時,得到很粗的氧化鎢微米棒。一維氧化鎢微/納米結構的生長過程可以由Vapor-Solid機制解釋。
　　 (3)MoO2微/納米片在200～300 nm的紫外光范圍有強的吸收帶,通過計算得到MoO2微/納米片的帶隙寬度為4.2

5、2 eV。在304.6nm(4.1 eV)、343.5 nm(3.62 eV)、350.6 nm(3.54 eV)處有較強的發(fā)光峰。判定304.6 nm(4.1 eV)處的發(fā)光峰是由于電子在導帶和價帶間躍遷產生的,而其它兩個發(fā)光峰是由于氧空位等缺陷造成的。
　　 (4)對不同溫度下生長的氧化鎢微/納米棒的場發(fā)射性能做了研究。研究表明:在900℃下生長的氧化鎢微/納米棒具有最低的開啟場強值5.37 V/μm,而800,850,95