精细石油化工中间体国家工程研究中心（ERC）知识库

     随着能源危机和环境问题日益凸现，新能源开发及污染物催化降解引起广泛关注。光催化技术不仅可通过光解水提供清洁、无污染的氢能源，还可利用太阳光催化降解有机污染物；超级电容器可提供高容量、高倍率和高循环稳定性的电动系统。本论文基于钼系纳米材料多维度形貌的微观设计，导向合成了三维花状MoO₂/G、纳米片组装的Bi₂MoO₆多级结构、Bi/Bi₂MoO₆多孔纳米球和Bi₂MoO₆-C₃N₄电极，探究了钼系纳米材料光催化性能和超级电容器性能以及结构与性能之间的关系。研究表明：复合结构使得材料的光催化和电化学性能得到显著提高；三维特殊结构可增强结构稳定性，从而提高其在光催化和电化学过程中的活性及循环寿命。我们聚焦钼系纳米材料光催化和电化学性能优化的关键问题，获得的主要研究结论如下：

     1.采用MoO₃纳米带和石墨烯为前驱体，通过简单水热法合成了三维花状MoO₂-G结构，引入花状结构和石墨烯对MoO₂进行改性。花状结构使得材料的比表面积大幅度增加，有利于电解液和活性材料之间充分接触与反应，提高了材料的电容性能；石墨烯作为花朵结构的主干起到支撑作用，可有效改善材料的导电性和循环稳定性。电化学研究表明：MoO₂-G在0.585Ag^-1的电流密度下电容值为355Fg^-1，远高于MoO₂的电容值（115.4Fg^-1）；1000次充放电循环后容量值为初次放电容量的84.1%，而MoO₂的循环容量保留率仅为42.6%。

     2.以MoO₃纳米带为模板，通过与Bi(NO₃)₃∙5H₂O离子交换导向合成了纳米片组装的Bi₂MoO₆多级框架结构。该结构具备一维和二维多尺度复杂结构特点，不仅增加了材料的比表面积，并且有利于电子、空穴向不同的方向转移，进而促进电子-空穴的分离，实现高效的光催化效应。结果显示，Bi₂MoO₆多级框架结构（0.02g）在30min内可将罗丹明B（1.0×10^-5M，20mL）降解完全，而Bi₂MoO₆纳米片和Bi₂MoO₆纳米颗粒降解率则只有80%和50%。

    3.以MoO₃纳米棒和Bi(NO₃)₃∙5H₂O为原料，采用加热回流方法制备了由纳米片组装的Bi₂MoO₆多级管状结构，考察了材料的电化学性能和光催化性能。电化学结果显示：在0.585Ag-1电流密度下材料电容值高达171.3Fg^-1，经过1000次充放电循环后容量值为初始电容的92.4%；而Bi₂MoO₆纳米片的电容值仅为18.7Fg^-1，1000次充放电循环后容量保留率仅为69.5%。催化结果显示，Bi₂MoO₆多级纳米管（0.02g）在20min内可将罗丹明B（1.0×10^-5M，20mL）降解完全。

     4.以MoO₃纳米带和Bi(NO₃)₃∙5H₂O为前驱体，乙二醇为还原剂，制备了Bi/Bi₂MoO₆多孔纳米球结构，探讨了反应时间对产物结构、形貌、孔结构、组成以及光催化性能的影响。结果表明：复合结构可有效扩展材料的可见光吸收波长范围；Bi₂MoO₆表面的Bi纳米颗粒在可见光下产生较强的等离子体效应，可促进电子-空穴的分离；多孔纳米球结构为光催化反应提供大比表面积和孔道，使得材料表现出优异的光催化性能。当反应3h时，所得Bi/Bi₂MoO₆纳米球光催化效果最佳，仅需0.05g的剂量在30min内即可降解45%苯酚（10^-4mol/l，50mL）。

     5.采用水热和煅烧法在导电玻璃（FTO）表面生长了Bi₂MoO₆纳米片阵列，并通过非金属超薄C₃N₄纳米片修饰，制备成Bi₂MoO₆-C₃N₄电极，考察了电极的光电解水性能。研究表明：二维纳米片阵列可有效提高电极导电性；（010）晶面暴露的Bi₂MoO₆纳米片，有利于氧空穴快速参与反应；超薄C3N4纳米片的修饰可促进电荷分离。Bi₂MoO₆-C₃N₄电极的光电流值可达520 μAcm^-2（0.8V_SCE）,远高于传统Bi2MoO6薄膜电极的光电流密度（1.8 μAcm^-2）。