金屬基離子液體中過渡金屬氧化物的設(shè)計(jì)及其光電性能研究.pdf

1、材料、信息、能源是社會(huì)發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)，然而材料科技的創(chuàng)新與發(fā)展則是信息和能源技術(shù)發(fā)展的前提和保障。因此，開發(fā)新材料及其合成方法成為材料科學(xué)范疇的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。近二十年來，離子液體作為具有特殊功能的綠色溶劑而受到廣泛的關(guān)注。離子液體在納米材料合成中的應(yīng)用也引起了科學(xué)家們極大的興趣，這既挖掘了離子液體的新用途，又給材料合成提供了新途徑。本文設(shè)計(jì)建立了金屬基離子液體體系中過渡金屬氧化物納米材料的合成方法。通過引入金屬基離子液體制得過渡金屬氧

2、化物，研究金屬基離子液體對(duì)過渡金屬氧化物的結(jié)構(gòu)和形貌的影響，并對(duì)過渡金屬氧化物納米材料自身結(jié)構(gòu)與光電性能之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。運(yùn)用XRD、XPS、SEM、TEM、FT-IR、DRS等分析手段對(duì)所制備納米材料的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)進(jìn)行深入研究。
　　本文首先運(yùn)用常規(guī)離子液體[C16mim]Br作為模板劑，在乙二醇輔助溶劑熱條件下合成多面體結(jié)構(gòu)的金屬Cu納米材料，并將其用于葡萄糖的無酶電化學(xué)檢測(cè)中。研究表明，常規(guī)離子液體在控制Cu納米結(jié)構(gòu)

3、的形貌和尺寸上起到至關(guān)重要的作用，且其黏附在Cu表面，使得多面體型Cu納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性。不同Cu樣品的修飾電極對(duì)葡萄糖電催化氧化的對(duì)比分析表明，離子液體中合成的多面體型Cu納米結(jié)構(gòu)比沒有離子液體合成的Cu樣品顯示出更高的電催化活性，且線性范圍是4.2-32.1 mM，檢測(cè)限為0.07 mM。
　　受上述工作的啟發(fā)，設(shè)計(jì)一系列銅基離子液體，將其作為反應(yīng)源，通過溶劑熱合成了不同結(jié)構(gòu)的CuO納米材料，并考察了不同結(jié)構(gòu)的CuO

4、納米材料的光電性能。研究發(fā)現(xiàn)，隨著銅基離子液體陽離子碳鏈的增加，CuO納米材料從納米顆粒向納米棒生長。當(dāng)以[C16mim]2CuCl4為反應(yīng)源時(shí)，溶劑熱制備得到尺寸均一的CuO納米棒。由此可見，銅基離子液體在CuO納米棒制備過程中起到模板劑和反應(yīng)源的作用。光電化學(xué)研究表明，CuO納米棒修飾電極具有最佳的光電化學(xué)信號(hào)，具有良好的穩(wěn)定性，且對(duì)葡萄糖具有較強(qiáng)的光電催化能力，可用于葡萄糖的光電檢測(cè)中，其線性范圍是0.05 mM-1.4 mM，檢

5、測(cè)下限為0.017mM(S/N=3)。
　　本文還設(shè)計(jì)一種疏水性鐵基離子液體([(C8H17)2(CH3)2N]FeCl4)，其能與水形成液-液界面，從而形成一個(gè)液-液界面反應(yīng)體系。在水熱條件下，通過該液-液界面反應(yīng)體系制備得到尺寸均一的α-Fe2O3立方體，并考察了α-Fe2O3立方體的光電性能。通過改變離子液體的種類，探討疏水性鐵基離子液體在α-Fe2O3立方體合成中的作用及疏水性鐵基離子液體陽離子對(duì)材料形貌形成的影響。通過將

6、不同α-Fe2O3納米材料分別修飾在ITO電極表面，在可見光照射下，考察了不同α-Fe2O3納米材料在修飾電極上的光電流響應(yīng)的變化。結(jié)果表明，α-Fe2O3立方體修飾電極具有最佳的光電化學(xué)信號(hào)，具有良好的穩(wěn)定性，且對(duì)葡萄糖具有較強(qiáng)的光電催化能力，可用于葡萄糖的光電檢測(cè)中，其檢測(cè)線性范圍是0.2 mM-2 mM，檢測(cè)下限為0.015 mM(S/N=3)。
　　同時(shí)，本文運(yùn)用鐵基離子液體1-辛基-3-甲基咪唑四氯合鐵([Omim]Fe

7、Cl4)為反應(yīng)源，在溶劑熱條件下合成α-Fe2O3中空微球，并在可見光照射條件下考察α-Fe2O3中空微球的光電化學(xué)性能。改變鐵基反應(yīng)型離子液體的濃度，研究鐵基離子液體在α-Fe2O3納米材料合成過程中的作用及對(duì)材料形貌的影響規(guī)律。并通過一系列表征手段對(duì)樣品進(jìn)行分析，研究α-Fe2O3納米材料結(jié)構(gòu)的變化和光電性能之間的內(nèi)在關(guān)系。通過考察α-Fe2O3納米材料的光電性能發(fā)現(xiàn)，α-Fe2O3中空微球修飾電極具有最佳的光電化學(xué)信號(hào)，對(duì)葡萄糖具

8、有較強(qiáng)的光電催化能力，可用于葡萄糖的光電檢測(cè)中，其線性范圍是0.01 mM-2.5mM，檢測(cè)下限為3μM(S/N=3)。
　　在上述工作基礎(chǔ)上，本文還運(yùn)用鐵基離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氯合鐵([Bmim]FeCl4)為反應(yīng)源，在溶劑熱條件下合成g-C3N4/α-Fe2O3復(fù)合材料，并在可見光照射條件下考察g-C3N4/α-Fe2O3復(fù)合材料的光電化學(xué)性能。并通過一系列表征手段對(duì)樣品進(jìn)行分析，研究鐵基離子液體在g-C3N4/α