低维纳米材氧化钼的制备及性能研究.pdf

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for
the Degree of Master of Engineering









Synthesis and Properties of Low-Dimensional Nanomaterials of
Molybdeum Oxide





Candidate : Wang Jun
Major : Condensed Matter Physics
Supervisor : Prof. Gao Yihua and Prof. Zhou Jun






Huazhong University of Science & Technology Wuhan, Hubei
430074, P. R. China
January, 2012
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成
果。尽我所知,除文中已标明引用的内容外,本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰
写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人
完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名:
日期: 年月日


学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向
国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科
技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印
或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□,在______年解密后适用本授权数。
本论文属于不保密√
(请在以上方框内打“√”)


学位论文作者签名: 指导教师签名:
√
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
钼的氧化物因其价态易变呈现出多种特殊形貌、结构和性质,在光催化、气体传
感、锂离子电池、图像显示、信息存储、可变反射率透镜以及高能效灵巧窗上等方
面有着重要的应用。该论文以氧化钼纳米材料为背景,在大量文献调研的基础上,
探索了三氧化钼纳米材料的可控生长,光致变色,电致变色,吸附染料以及二氧化
钼的超级电容,锂离子的输运,并获得了一些有意义的研究结果。其主要的研究论
文内容和结果如下:
(1)采用热蒸发的方法制备较大面积的氧化物钼的准一维纳米材料。这种方法
简单、直接、高效,不需要任何催化剂和特殊衬底,直接合成较大面积的 MoO3 纳
米片、纳米线阵列等。研究了 MoO3 纳米线阵列的生长,对在实验中对最终结果有很
大影响的因素,诸如源温度,衬底温度,气流方向,通入氧气的量等因素做了一些
有益的探讨。
(2)因三氧化钼具有独特的层状结构,适合各种离子的插入和脱出。所以 MoO3
纳米材料在某些方面具有广阔的应用前景,如变色、信息显示与储存、传感器、智
能伪装等应用领域。在光致变色实验中,在紫外灯的照射下三氧化钼的光致变色,
以及在充入一定电量和一定量的小阳离子的情况下,对可见光的光致变色。在电致
变色实验中,发现此材料比文献报道的要低很多的电压下驱动变色,但是在上述试
验中也发现变色失效和加反向电压褪色恢复很差的情况,认为可能是锂离子的膨胀
导致结构的变化,加上本身β相的三氧化钼不稳定,使得离子无法脱离。
(3)通过热蒸发钼粉,通入一定量的氧气情况下,以碳布为模板生长得到三氧
化钼的纳米线,接着在管式炉中在氢气的氛围下还原成二氧化钼。对比之前碳布上
的三氧化钼和还原之后的二氧化钼 SEM 图,发觉在形貌上有很大的改变,从片状结
构到细颗粒结构,比表面积增大,不同的还原温度对最终的二氧化钼的形貌也有很
大的影响,相比三氧化钼,二氧化钼的导电性要高两个量级,电子的迁移率接近于
金属。对于超级电容器,导电性,比表面积,稳定性是其主要决定因素,而二氧化
钼刚好都满足这些要求,所以本文就二氧化钼为载体,碳布为导体研究了其电容特
I
华中科技大学硕士学位论文
性。
(4)利用热蒸发炉在硅片衬底上一次性生长出二氧化钼和单质钼纳米线的混合
体,然后在马弗炉中氧化成三氧化钼。在生长二氧化钼中,蒸发源的温度,衬底的
温度以及腔体中的氧气量对其形貌有很大的影响。借助 SEM,TEM 的表征分析下,
发现纳米线其实是一些纳米颗粒一粒一粒的堆积在一起形成的纳米线