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《重庆大学》 2015年
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二硫化钨(WS_2)纳米材料的水热合成与光吸收性能研究

曹仕秀  
【摘要】:二硫化钨(WS2)是一种典型的层状化合物,其层内原子通过很强的化学键结合,层间的作用力是范德华力。因此,其纳米结构不仅在润滑和催化领域具有广泛应用,而且在锂电池电极、储氢、光电学等领域均有广阔的应用价值。正是其所具有的优异物理化学性能和巨大的潜在应用前景吸引了越来越多的科研工作者的关注。由于WS2结构的各向异性,不同形貌结构对其性能的影响相当显著。因此,通过探索拓展WS2新的制备方法和工艺参数,实现微结构、形貌和微观尺度调控制备,使之在更广泛的领域得到应用,具有重要的理论和实践意义。本文在软模板的辅助下,通过控制水热合成方法中的一些反应参数(如原料的种类和浓度、反应温度、反应时间等)来实现调控产物不同微结构、形貌和尺度,合成不同形貌的WS2纳米材料,探讨不同维度WS2纳米晶的微观结构和光学吸收性能之间的联系,开拓其应用领域;另一方面,探索了纳米Ti O2负载纳米WS2以及WO3的复合催化剂,以及WO3/WS2纳米复合物的合成方法,并对复合催化剂的光学吸收性能进行了研究。本论文主要包括以下几部分内容:①采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助水热法制备了球状、线状、棒状、片状的低维WS2纳米结构,以及一种纳米片聚集的WS2纳米花分层结构。随着CTAB在溶液中浓度的不同,自发形成不同形态(球状、柱状、层状、以及六方有序等)的胶束,这些胶束在水热法制备WS2时可以起到一种软模板的作用。对不同形貌的WS2纳米结构进行紫外可见光谱测试,表明WS2纳米材料在可见光区域存在比较宽的吸收范围,其在光催化方面将具有广泛的应用前景。②采用聚乙二醇(PEG-20000)辅助水热法合成了一种由纳米颗粒组装的WS2纳米纤维结构。研究PEG-20000对产物形貌结构的影响和产物的形成机制。PEG-20000长链分子在WS2纳米纤维结构形成中起着,提供可嵌入形核点的模板的作用。由于WS2纳米纤维结构尺寸小、比表面积大,在可见光区域不仅具有比较宽的吸收范围,还具有较强的吸光性,表明其在光催化方面将具有广泛的应用前景。③以硅酸钠为添加剂,采用水热法制备合成了一种纳米薄片组装的WS2纳米球。该纳米球尺寸均一,直径在1微米左右,纳米薄片厚度在10-20nm左右。另外,采用复合表面活性剂CTAB及F127辅助水热法合成出一种具有多孔结构的花状WS2结构。纳米花直径在200nm-300nm左右,该纳米花是由WS2纳米颗粒组装的纳米片交错聚集在一起组装而成。因此,该纳米花具有更多的孔洞和间隙。F127的疏水性PPO嵌水段和CTAB的烷基链之间的相互作用,形成CTAB-F127混合胶束,在该纳米花结构的形成中起着软模板作用。由于该WS2纳米球与纳米花结构均具有较高的比表面积(53.521m2g-1,78.331m2g-1),在可见光区域有一个比较宽的吸收范围,因此这两种纳米结构在光催化方面将具有广泛的应用前景。④采用水热法合成了WS2/Ti O2微球、WO3/Ti O2纳米复合物。WS2/Ti O2微球结构疏松多孔,直径在300-350nm左右。组装单元纳米颗粒尺寸在10-15nm左右。纳米颗粒WS2均匀地分散在纳米颗粒Ti O2表面。WS2/Ti O2复合物在紫外可见光范围内存在一个宽的吸收区域,扩展了Ti O2光吸收的波长范围,增强了WS2/Ti O2复合物的吸光能力,使光照产生的电子-空穴量增大,有利于提高光催化活性。与纯Ti O2的UV-Vis吸收光谱图相比,WO3/Ti O2复合物的吸收带发生红移,复合物的禁带宽度明显降低,吸光强度明显提高,对部分可见光有吸收。⑤采用水热法合成氧化钨(WO3),再高温硫化制备WO3/WS2复合物。该纳米复合物为尺寸在60-100nm左右的纳米颗粒。颗粒外壳和颗粒中心分别为WS2和WO3。纳米复合物在紫外可见光范围内存在宽的吸收范围,纳米WS2与WO3相互作用,有效地促进光生电子和空穴的分离,使光照产生的电子-空穴量增大,延长光生载流子的寿命,共同增强,为WO3/WS2纳米复合物在紫外可见光内有较好的催化活性提供了可能。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ136.13;TB383.1

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【参考文献】
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