低价氧化钒和钒酸盐纳米结构的合成与表征

论文摘要

近年来,一维氧化钒及其衍生物纳米结构由于其尺寸依赖的、不同于体相材料的特点在锂离子电池、化学传感器等方面具有潜在的应用,引起了人们广泛的兴趣。本论文采用水热法合成出了一系列的低价态氧化钒纳米结构（包括VO2（B）纳米带及纳米结构、H2V3O8纳米带）和钒酸盐化合物（包括YVO4纳米带及多面体微晶、Ag/AgVO3纳米复合结构）,研究了反应条件对它们的形貌和晶体结构的影响,初步探讨了它们的形成机理。主要内容和研究结果如下:（1）以V2O5为原料,分别用草酸、乙醇作还原剂,水热合成出了单斜晶系的VO2（B）纳米带及纳米结构和正交晶系的H2V3O8纳米带。（a）以草酸为还原剂时,产物为VO2。实验发现,随着草酸浓度的增加,VO2形貌会从纳米带演化为橄榄状纳米结构。当草酸浓度为0.05 mol/L时,产物为大量的VO2纳米带,其长度为几微米、宽度和厚度分别为80–150 nm和20–30 nm;当草酸浓度降低为0.03 mol/L时,产物为大量的、长度达数十微米的VO2纳米带,厚度和宽度分别为50–80 nm和80–180 nm;当草酸浓度增至0.08 mol/L时,产物变为大量的橄榄状纳米结构和少量纳米线存在。橄榄状纳米结构由一些厚度为10–20 nm的纳米片沿轴向组装成,其长度为几微米、长径比约为2:1;当草酸浓度增至0.10 mol/L时,产物演变为大量的、具有六重对称的、橄榄状纳米结构,长度仍为几微米、组成它的纳米片的厚度减少至几纳米,仍有少量纳米线存在。（b）当采用乙醇作还原剂时,产物为H2V3O8纳米带。实验发现,乙醇的浓度对产物的形貌影响较小,产物为大量的、尺寸均一的纳米带,长数十微米、宽度和厚度分别为200–300 nm和10–20 nm。在此基础上,我们分别以MoO3和金属钼粉为钼源合成了相应的钼掺杂的VO2纳米结构,并对其形貌进行了研究。（2）以AgNO3和NH4VO3为原料,水热合成出了Ag/AgVO3纳米复合结构（Ag纳米粒子担载在AgVO3纳米带上）。Ag纳米粒子是原位生成在AgVO3纳米带的表面上的。当反应物的摩尔比（即Ag: V）为1: 2时,所得的产物为大量的AgVO3纳米带,长度为几十微米、宽度和厚度分别为100–400 nm和10 nm左右,有许多直径在10–30 nm的银纳米粒子担载在纳米带的表面上;当Ag: V增加为1: 1时,所得的产物为大量的AgVO3纳米带（或纳米纤维）,其表面上的银纳米粒子直径增加到40–50 nm、而且银纳米粒子数量减少。当Ag: V增加为4: 1时,所得的产物为大量的AgVO3纳米纤维,其带表面上的银纳米粒子直径增加到60–100nm、数量更加稀少。（3）以Y（NO3）3和NH4VO3为原料,在酸性条件下,水热合成出了四方晶系的YVO4纳米带及多面体微晶,YVO4的形貌与反应体系的pH有关。当pH为1时,产物为大量的YVO4纳米带、长度达数十微米、宽度和厚度分别为80–120 nm和25–40 nm;当pH为2时,产物是规则的多面体微晶,其大致轮廓为八面体结构,边长为7–8μm;而当pH大于3,产物多面体微晶的形貌逐渐变得不规则。此外,我们还合成出了相应的YVO4: Eu3+纳米带及多面体微晶,以测试了其发光性质,荧光光谱分析表明,YVO4: Eu3+在波长595.0 nm和618.8 nm处分别有明显荧光发射峰（激发波长为265.0 nm）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 纳米材料的一般分类及性质
• 1.3 几种常见的钒系化合物
• 1.3.1 二氧化钒
• 1.3.2 钒酸银
• 1.3.3 钒酸钇
• 1.4 钒系化合物纳米材料的制备方法
• 1.4.1 气相法
• 1.4.2 液相法
• 1.4.3 固相法
• 1.5 钒系化合物纳米材料的性质
• 1.5.1 热致变色特性
• 1.5.2 发光特性
• 1.5.3 充放电特性
• 1.6 钒系化合物纳米材料的应用
• 1.6.1 电、光开关
• 1.6.2 太阳能控制材料
• 1.6.3 光盘介质材料
• 1.6.4 热敏传感器
• 1.6.5 光转换材料
• 1.6.6 锂离子电池材料
• 1.6.7 催化剂
• 1.7 选题的目的和意义
• 第二章 氧化钒纳米结构的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 化学试剂及来源
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同还原剂对产物的影响（XRD 表征）
• 2.3.2 草酸浓度对产物的影响
• 2.3.3 乙醇浓度对产物的影响
• 2.3.4 低价态氧化钒纳米结构的形成机理
• 2 纳米结构的合成'>2.3.5 钼掺杂VO₂纳米结构的合成
• 2.4 本章小结
• 第三章 钒酸银纳米结构的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 化学试剂及来源
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 表征
• 3.3 结果与讨论
• 3 纳米复合结构的XRD 表征'>3.3.1 Ag/AgVO₃ 纳米复合结构的XRD 表征
• 3.3.2 Ag: V 对产物的影响
• 3 纳米复合结构的形成机理'>3.3.3 Ag/AgVO₃纳米复合结构的形成机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 钒酸钇纳米结构和多面体微晶的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 化学试剂及来源
• 4.2.2 仪器设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同pH 对产物的影响（XRD 表征）
• 4.3.2 不同pH 对产物形貌的影响
• 4: Eu³⁺纳米带和多面体微晶的合成及光谱特性'>4.3.3 YVO₄: Eu³⁺纳米带和多面体微晶的合成及光谱特性
• 4.3.4 不同pH 对产物形貌的影响机理
• 4.3.5 不同产物形貌对其发光性质的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 磷酸铈纳米结构及其相应复合结构的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 化学试剂及来源
• 5.2.2 仪器设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 表征
• 5.3 结果与讨论
• 4纳米线和CePO₄/CeO₂ 复合结构的XRD 表征'>5.3.1 CePO₄纳米线和CePO₄/CeO₂ 复合结构的XRD 表征
• 5.3.2 不同pH 对产物的影响
• 5.3.3 不同Ce: P 对产物的影响
• 5.3.4 不同反应时间对产物的影响
• 5.3.5 产物的发光性能
• 5.3.6 产物的生长机理
• 5.4 本章小结
• 全文总结
• 今后研究工作的设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文及参与基金项目