微納結(jié)構(gòu)三氧化鎢的可控制備及性能研究.pdf

1、微納結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物的應(yīng)用已經(jīng)成為開啟許多先進(jìn)功能材料和智能設(shè)備潛力的重要工具。由于其具有不同的價(jià)態(tài)和價(jià)電子構(gòu)型而擁有特殊的光、電、磁、力學(xué)性質(zhì)，在變色、發(fā)光、催化、傳感等許多方面都有應(yīng)用。其中，一維過渡金屬氧化物納米材料因直接、快速的電子傳輸性能以及特殊的幾何構(gòu)型，有望成為未來納米級(jí)電子器件的基元之一。此外，基于一維納米結(jié)構(gòu)有序自組裝的多級(jí)微納結(jié)構(gòu)擁有獨(dú)特的立體空間構(gòu)架，其中許多具有大的可接觸表面積與較多的活性位點(diǎn)數(shù)目，這種特殊的構(gòu)

2、效關(guān)系昭示了其應(yīng)用的廣闊前景。
　　本論文以三氧化鎢一維材料以及基于三氧化鎢一維結(jié)構(gòu)自組裝的多級(jí)微納結(jié)構(gòu)材料為研究目標(biāo)，利用水熱法通過篩選反應(yīng)體系，調(diào)整反應(yīng)體系中各種條件，制備出晶體結(jié)構(gòu)、微觀尺度以及形貌可調(diào)控的一維結(jié)構(gòu)三氧化鎢及其自組裝多級(jí)結(jié)構(gòu)體系。進(jìn)而對(duì)所合成的產(chǎn)物進(jìn)行性能探究，包括應(yīng)用于環(huán)己醇催化脫氫體系和環(huán)己烯催化氧化體系的催化性能，以及應(yīng)用于電化學(xué)超級(jí)電容器的相關(guān)電化學(xué)性能。
　　本論文所研究的內(nèi)容主要涉及如下幾個(gè)

3、方面:
　　(1)以鎢酸鈉、硝酸為反應(yīng)物，檸檬酸、硫酸鈉為分散劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過水熱法制備出沿著[001]軸方向生長(zhǎng)的h-WO3納米棒。值得一提的是，這些納米棒是由直徑、長(zhǎng)度一致的h-WO3納米線自組裝而成。實(shí)驗(yàn)研究了以這種納米棒結(jié)構(gòu)三氧化鎢作為催化劑，在無相轉(zhuǎn)移劑、無酸性配體的條件下，以雙氧水(H2O2)作為氧化劑催化氧化環(huán)己醇合成環(huán)己酮。結(jié)果表明，在溫和的反應(yīng)條件下(80℃，常壓)，納米棒結(jié)構(gòu)三氧化鎢能夠有效地提高雙氧水的氧

4、化能力，使得環(huán)己酮的產(chǎn)率由3.1％提高到78.6％，大大高于使用商業(yè)三氧化鎢時(shí)環(huán)己酮的產(chǎn)率(43.0％)。同時(shí)催化劑也顯示出較高的催化穩(wěn)定性，這為合成環(huán)己酮提供了一種以三氧化鎢納米棒為催化劑、過氧化氫為氧化劑的綠色路徑。
　　(2)提出一種在不使用模板的條件下僅使用兩種常見反應(yīng)物合成一維結(jié)構(gòu)三氧化鎢及多級(jí)結(jié)構(gòu)三氧化鎢水合物的簡(jiǎn)便水熱方法。僅依靠調(diào)節(jié)前驅(qū)溶液的pH值就可以得到納米線自組裝的三氧化鎢棒及由納米棒自組裝的微納多級(jí)結(jié)構(gòu)（球

5、狀、盤狀）三氧化鎢水合物。與此同時(shí)，通過對(duì)比試驗(yàn)探究了pH值對(duì)于產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)和形貌的影響機(jī)理。進(jìn)一步，以所制備的微納結(jié)構(gòu)三氧化鎢作為催化劑，以雙氧水(H2O2)為氧化劑氧化環(huán)己烯合成己二酸。結(jié)果表明，在溫和的反應(yīng)條件(90℃、常壓)下這種催化劑能夠有效地提高雙氧水催化氧化環(huán)己烯制備己二酸的產(chǎn)率。
　　(3)以鎢酸鈉為鎢源，通過水熱法制備出基于一維結(jié)構(gòu)自組裝的三氧化鎢水合物(h-WO3·0.33H2O)多級(jí)結(jié)構(gòu)材料。該材料的結(jié)構(gòu)除具

6、有h-WO3的三元通道和六元通道特征外，還在六元通道中堆積了水分子。這使得質(zhì)子在晶體內(nèi)部得以快速嵌入、脫嵌。同時(shí)，組成多級(jí)結(jié)構(gòu)的h-WO3·0.33H2O納米棒也給電子的傳輸提供了大量直接、快速的傳輸路徑。正是由于穩(wěn)定的晶體通道結(jié)構(gòu)、h-WO3％0.33H2O材料的質(zhì)子、電子雙重導(dǎo)體作用以及特殊的多級(jí)結(jié)構(gòu)使得h-WO3·0.33H2O材料具有很好的超級(jí)電容性能，在電流密度為0.5A g-1時(shí)具有391F g-1的比容量。同時(shí)，在電流密度