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微纳结构V2O5的合成和物理性质：结构、光学表征和阳光光催化活性

顶级 Khac Le 和 Sok Won Kim

块状 V2O5 是一种带隙 (Eg) 约为 2.3 eV 的反磁性半导体，基于充满 O2p 和未占据的 V3d 轨道的离子构型。然而，V2O5特殊的电子结构形成了三个能带，包括V3d态、V3d分裂态和中带隙态，这导致了V2O5微纳米结构有趣的光学特性。因此，低维V2O5材料的带边吸收和光致发光（PL）峰位置并不重合。本研究对V2O5微纳米结构（包括薄膜、纳米粒子、微纳米棒、微纳米线、纳米球、纳米空心体（NHs）和V2O5/RGO纳米复合材料）的制备工艺、结构、光学表征和光催化活性进行了总结和分析。从形貌、合成方法、生长条件、微纳米尺寸和相变等因素阐明了V2O5微纳米结构宽范围的带边吸收和宽PL。还研究了V2O5微纳米结构中电子空穴对的分离、扩散、复合和降解之间的关系。 
当样品在低于 500 °C 的温度下退火时，会形成 α-V2O5 薄膜。随着退火温度的升高，部分α-V2O5结构发生扭曲和重组，形成高质量的α-β相V2O5混合物。这导致可见光的广泛吸收和增强。与其他表现出弱 PL 的结构相比，V2O5 纳米球的大量 V4+ 氧化态强烈增强了 PL 强度。特别是，由于紫外光的强烈激发，V2O5 纳米球在 395 nm (3.14 eV) 附近表现出强烈的紫外 (UV) PL，而在其他纳米结构中未观察到该 PL 峰。