六方氧化鎢**納米線的融鹽法制備與光催化固氮應(yīng)用
發(fā)布時間：2020-09-01 作者：harry 分享到：
半導(dǎo)體材料的**一維結(jié)構(gòu)具有異于塊體的物理化學(xué)性質(zhì)，例如量子電導(dǎo)、負(fù)磁致電阻、非牛頓流變等，因此其制備與應(yīng)用引起了人們的研究興趣。濕法化學(xué)通常是獲得****一維結(jié)構(gòu)的常用手段，即通過溶液中納米材料表面能的調(diào)控實現(xiàn)晶體的各向異性生長、獲得一維產(chǎn)物。在此過程中，有機配體與半導(dǎo)體材料表面的選擇性鍵合對于產(chǎn)物形貌、分散性的控制不可或缺，但這也使獲得“潔凈”的材料表面成為一大挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約了半導(dǎo)體材料**一維結(jié)構(gòu)的性質(zhì)研究與應(yīng)用探索。
針對這一問題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所的趙志剛研究員、叢杉副研究員與合作者重溫傳統(tǒng)的融鹽法并找到了解決方案，打破了高溫融鹽法不適用于**一維結(jié)構(gòu)制備的傳統(tǒng)認(rèn)知。該研究團(tuán)隊利用鎢酸銨、鉬酸銨二元前驅(qū)體，以熔融硝酸鈉作為反應(yīng)基質(zhì)，經(jīng)過1 min反應(yīng)即可獲得平均直徑小于5 nm，長度300-500 nm之間的形貌均勻的**納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)表征確定所得產(chǎn)物為Mo摻雜的六方氧化鎢晶相，并以高結(jié)晶度、表面潔凈為特征。通過系統(tǒng)研究前驅(qū)體中Mo/W比例、反應(yīng)溫度等融鹽法制備過程中的反應(yīng)條件，發(fā)現(xiàn)Mo摻雜對于**一維結(jié)構(gòu)的生成具有至關(guān)重要的引發(fā)作用。進(jìn)一步，通過對不同反應(yīng)階段中間產(chǎn)物的表征，發(fā)現(xiàn)**一維結(jié)構(gòu)的生成是一個熔融-再結(jié)晶的過程——即晶格中Mo的存在將打破片層結(jié)構(gòu)（動力學(xué)產(chǎn)物）的穩(wěn)定性，使其在高溫融鹽中破碎、分解成準(zhǔn)零維晶簇，再通過定向組裝生成**一維結(jié)構(gòu)（熱力學(xué)產(chǎn)物）。
所得的Mo摻雜氧化鎢產(chǎn)物為六方晶相，這通常被認(rèn)為是一種亞穩(wěn)相，難以通過常規(guī)的煅燒法獲得；相對于氧化鎢的眾多熱力學(xué)穩(wěn)定晶相而言，六方晶相表面豐富的羥基基團(tuán)與內(nèi)在的晶格孔道使其在儲能、催化等應(yīng)用領(lǐng)域更具優(yōu)勢。該團(tuán)隊研究了材料的光催化固氮性能，發(fā)現(xiàn)室溫、模擬太陽光條件下的合成氨效率高達(dá)370 μmol g-1h-1，性能在現(xiàn)有半導(dǎo)體光催化材料中處于的地位。進(jìn)一步，從半導(dǎo)體能級結(jié)構(gòu)、光生載流子傳輸、表面活性位點等方面對上述材料**的光催化性能進(jìn)行了詳細(xì)闡述，發(fā)現(xiàn)在此**結(jié)構(gòu)表面：一維結(jié)構(gòu)利于載流子傳輸與分離，緊鄰的Mo、W原子作為N2分子吸附與活化的雙位點，表面羥基則作為H+傳輸?shù)耐ǖ揽?*地實現(xiàn)固氮反應(yīng)的多電子/多質(zhì)子傳輸過程。研究者相信，此項研究將會為融鹽法應(yīng)用于納米結(jié)構(gòu)的制備開辟一條新的道路，并為低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的物性探索與應(yīng)用開發(fā)提供新思路。相關(guān)論文以“A Dopant Replacement-Driven Molten Salt Method toward the Synthesis of Sub-5-nm-Sized Ultrathin Nanowires”為題在線發(fā)表于Small (DOI: 10.1002/smll.202001098)。
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