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用已經(jīng)成為開啟許多先進功能材料和智能設備潛力的重要工具。由于其具有不同的價態(tài)和價電子構(gòu)型而擁有特殊的光、電、磁、力學性質(zhì)，在變色、發(fā)光、催化、傳感等許多方面都有應用。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)有序自組裝的多級微納結(jié)構(gòu)擁有獨特的立體空間構(gòu)架，其中許多具有大的可接觸表面積與較多的活性位點數(shù)目，這種特殊的構(gòu)

2、效關系昭示了其應用的廣闊前景。
　　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)自組裝的多級微納結(jié)構(gòu)材料為研究目標，利用水熱法通過篩選反應體系，調(diào)整反應體系中各種條件，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結(jié)構(gòu)體系。進而對所合成的產(chǎn)物進行性能探究，包括應用于環(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，以及應用于電化學超級電容器的相關電化學性能。
　　本論文所研究的內(nèi)容主要涉及如下幾個

3、方面:
　　(1)以鎢酸鈉、硝酸為反應物，檸檬酸、硫酸鈉為分散劑和結(jié)構(gòu)導向劑，通過水熱法制備出沿著[001]軸方向生長的h-WO3納米棒。值得一提的是，這些納米棒是由直徑、長度一致的h-WO3納米線自組裝而成。實驗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)三氧化鎢時環(huán)己酮的產(chǎn)率(43.0％)。同時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物合成一維結(jié)構(gòu)三氧化鎢及多級結(jié)構(gòu)三氧化鎢水合物的簡便水熱方法。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結(jié)構(gòu)（球

5、狀、盤狀）三氧化鎢水合物。與此同時，通過對比試驗探究了pH值對于產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)和形貌的影響機理。進一步，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，組成多級結(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、電子雙重導體作用以及特殊的多級結(jié)構(gòu)使得h-WO3·0.33H2O材料具有很好的超級電容性能，在電流密度為0.5A g-1時具有391F g-1的比容量。同時，在電流密度