论文部分内容阅读
氢气作为一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源,近年来引起人们极大的关注。此外,氢气在其他领域也具有重要的应用,例如冶金工厂需要用H2作为还原剂冶炼金属,发电厂的发动机需要用氢气作为冷却剂等。然而,氢气是一种无色无味、易燃易爆的气体,分子非常小,极易发生泄露,目前探测氢气主要是半导体型传感器,是根据氢敏材料遇氢后引起电阻或者电压等信号的变化而探测氢气的浓度,通常需要外接电信号处理器,并且在有电磁干扰的地方输出信号会失真,也可能引起电火花从而导致潜在的安全事故。因此,研制对氢气快速响应、灵敏度高的非电学响应的敏感材料具有重要的实际意义。本文采用水热法和自组装工艺制备MoO3纳米线纸,再通过紫外光照还原法在MoO3纳米线的表面沉积贵金属(Pd和Pt)纳米颗粒,研究在室温下贵金属修饰MoO3纳米线纸的气致变色性能、变色动力学过程和变色机理。得到以下结论:1、采用水热法合成了长度～1mm,直径～100pm正交相的MoO3纳米线,结合自组装工艺制备了 A4尺寸的MoO3纳米线纸,再用紫外光照还原的方法(波长254nm,光照5h)在纳米线纸的表面修饰贵金属Pd和Pt纳米颗粒。结果表明,贵金属修饰对MoO3纳米线的物相和形貌几乎没有影响,Pd和Pt纳米颗粒均匀附着在MoO3纳米线的表面,并且Pd纳米颗粒的尺寸为5nm～1nm,Pt纳米颗粒的尺寸为50 nm～100nm。2、Pd修饰的MoO3纳米线纸在浓度为0.1%-100%氢气氛围中变色显著。在0.1%H2浓度下,Pd修饰的MoO3纳米线纸出现肉眼可见的深蓝色,颜色变化仅需要65 s,而Pt修饰的MoO3纳米线纸则需要120s;随着氢气浓度的增加,纳米线纸变色时间呈下降趋势;当氢气浓度为100%时,Pd修饰的MoO3纳米线纸致色时间为3 s,而Pt修饰的MoO3纳米线纸则需要30 s;并且在相同氢气浓度和相同的反应时间下,Pd修饰的MoO3纳米线纸比Pt修饰的颜色要深。此外,两种纳米线纸经致色和褪色12次其变色性能几乎不变,表明纳米线纸具有较好的重复性。3、反射光谱研究表明,Pd修饰MoO3纳米线纸致色的反射强度与时间关系满足指数衰减的动力学过程;通过傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和X射线衍射图谱研究致色对Pd修饰纳米线纸物相与结构的变化,变色对MoO3纳米线的整体结构和物相等几乎没有影响;通过XPS能谱分析了 Mo和O元素价态的变化,结果表明,在变色的过程中Mo6+被还原成了 Mo5+,吸附氧增多,这说明遇氢后MoO3中的晶格氧与氢气结合形成水,并扩散出去产生氧空位形成色心,从而导致颜色的变化。