1、一維納米材料因其獨特的電學、光學、磁學和力學特性引起了世界范圍內(nèi)科學家的研究興趣。如何通過研究其生長機制，進而實現(xiàn)對其尺寸、維度、組成、晶體結構乃至物性的調(diào)控，對于深入研究結構與物性的關聯(lián)、并最終實現(xiàn)按照人們的意愿設計合成功能材料具有重要的意義。MoO<,3>獨特的層狀結構使其在電池材料、催化劑、電致變色、敏感元件、光學材料等方面具有潛在而廣泛的應用。 本論文選擇一維三氧化鉬納米材料為研究對象，采用現(xiàn)代測試手段對一維MoO<,3

2、>納米材料的合成、結構和性能進行了系統(tǒng)而深入研究，并對合成的MoO<,3>納米帶進行摻雜改性研究。主要內(nèi)容和研究成果如下： 1．分別以三種不同的方法(離子交換法、雙氧水氧化法和雙氧水分散法)制備了穩(wěn)定的MoO<,3>溶膠，并以此三種溶膠為前驅(qū)體，采用水熱合成方法在沒有其它任何催化劑和有機模板劑的條件下，合成了形貌良好、尺寸均一的單晶α-MoO<,3>納米帶，寬度為150～400 nm，平均厚度為70 nm，長度可達十幾微米；單根

3、納米帶表面光滑完整，沒有缺陷且結晶完整；納米帶相互聚集，形成整齊排列的“納米帶簇”結構。 2．以MoO<,3>納米帶作為鋰離子電池的正極材料時，隨著放電的進行，由于正極表面鋰離子富集層先逐漸增加隨后減少的過程，使得整個電化學反應的電阻先增加后減小，同時鋰離子既能嵌入到[MoO<,6>]八面體層間，也可進入其層內(nèi)，但在層間的脫嵌是可逆的，而鋰離子在層內(nèi)的脫嵌會引起不可恢復的相變過程，從而導致不可逆容量的損失，與MoO<,3>體材料

4、相比，納米帶具有較高的放電比容量(首次放電比容量為301 mAh/g)和較好的循環(huán)性能(循環(huán)5次容量保持率可達88％)；單根M003納米帶的非線性Ⅰ-Ⅴ曲線表明其仍具有半導體特性，其電導率約為10<'-4>S/cm；與MoO<,3>體材料相比，納米帶分別在402 nm和475 nm出現(xiàn)了強紫光帶和較弱的藍光帶，顯示出良好的光致發(fā)光性能；MoO<,3>對甲基紫、孔雀石綠、藏紅、羅丹明B四種染料溶液具有較好的光催化降解性能，由于納米帶尺寸小

5、，比表面積很大，有效增強催化材料吸附有機物的能力，同時光生電子和空穴的氧化能力增強且復合幾率減小，導致納米帶光催化活性的增加。 3．通過考察水熱反應溫度和時間對產(chǎn)物結構和形貌的影響，結合材料熱力學和動力學知識，探討了納米帶的生長機理。離子交換法制備的溶膠在水熱條件下首先轉變?yōu)闊崃W亞穩(wěn)相h-MoO<,3>六角柱，隨著溫度的升高和時間的延長，h-MoO<,3>按照溶解．重結晶過程轉變?yōu)榉€(wěn)定相α-MoO<,3>納米帶；與前者不同，利

6、用雙氧水氧化法和分散法制備的溶膠(MoO<,3>．pH<,2>O qH<,2>O)在較低的反應溫度和較短的反應時間下，不穩(wěn)定的過氧根首先發(fā)生裂解形成MoO<,3>水合物，進而多余的H<,2>O脫去形成最終產(chǎn)物α-MoO<,3>納米帶。上述三種方法制備的納米帶均沿著c軸方向生長。 4．以合成的MoO<,3>納米帶為主體材料，成功將聚合物PEO和PANI嵌入到MoO<,3>中，分別得到(PEO)<,0.1>MoO<,3>、(PANI

7、)<,0.02>MoO<,3>和(PANI)<,0.05>MoO<,3>納米帶，聚合物的存在使納米帶發(fā)生團聚，PEO和PANI均嵌入到MoO<,3>中的[MoO<,6>]八面體層間，引起層間距的增大，從而顯著地改善了MoO<,3>納米帶的電化學性能；成功實現(xiàn)MoO<,3>納米帶的鋰化改性，鋰化后納米帶的結構與形貌基本保持不變，鋰離子占據(jù)MoO<,3>層間使得層間距變大，鋰化后納米帶的電學性能由原來的半導體特性變?yōu)榻饘偬匦?，且電導率顯著增

8、大，同時其嵌鋰性能也得到了改善；通過不同的金屬陽離子(Cr<'6+>、V<'5+>和Ag<'+>)對MoO<,3>進行了摻雜，其中與Mo<'6+>具有相近離子半徑的Cr<'6+>和V<'5+>取代了MoO<,3>中的Mo<'6+>位置形成復合氧化物納米帶，Ag<'+>離子能夠穩(wěn)定亞穩(wěn)相MoO<,3>而形成六角微米柱復合氧化物。 5．采用單晶硅為基板在水熱條件下合成整齊、有序的MoO<,3>納米帶陣列，納米帶之間接觸緊密，生長方向