华中师范大学学报（自然科学版）2015年第49卷第2期研究报道

作者及机构
本研究由宋敬敬（第一作者，蚌埠学院应用化学与环境工程系）、王萍萍（蚌埠玻璃工业设计研究院）等合作完成，发表于《华中师范大学学报（自然科学版）》2015年4月刊。

学术背景与研究目标
三氧化钼（MoO₃）是一种禁带宽度（Eg）为3.15 eV的n型半导体材料，因其优异的光致变色性能，在智能窗、气敏元件等领域具有重要应用价值。然而，传统制备方法（如磁控溅射、化学气相沉积等）存在薄膜均匀性差、附着力弱等问题。溶胶-凝胶法因其成本低、工艺可控性高成为研究热点，但溶液pH值对薄膜结构及性能的影响机制尚不明确。本研究旨在通过调控溶胶体系pH值，优化MoO₃薄膜的光致变色性能，并揭示pH值对薄膜微观结构与光学特性的影响规律。

研究方法与流程
1. 薄膜制备
- 原料与试剂：以二水合钼酸钠（Na₂MoO₄·2H₂O）为钼源，聚丙烯酸（PAA）为稳定剂，草酸和正丙醇为有机诱导剂。
- 溶胶合成：配制0.15 mol/L Na₂MoO₄溶液，经阳离子交换树脂处理后加入草酸，用浓盐酸调节pH值（0.5、1.0、1.5、2.0），加入正丙醇和PAA，搅拌2小时后静置24小时，形成淡黄色溶胶。
- 镀膜与热处理：采用浸渍提拉法在预处理玻璃基片上镀膜，以90 mm/s速度提拉，80℃干燥后，经400℃退火2小时获得MoO₃薄膜。

1. 性能表征
   
   • 结构分析：通过X射线衍射（XRD）确定晶相，扫描电镜（SEM）观察形貌。
     
   • 光学性能：紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS）测定吸收光谱，全自动色差计计算色差值（ΔC）以量化光致变色性能。
     

主要结果
1. 结构特性
- XRD分析：所有样品均为六方相MoO₃（JCPDS 21-0569），无杂相。pH=1.0时结晶度最高（94.22%），晶粒尺寸最小（14-31 nm）。
- SEM观察：pH=1.0时薄膜颗粒分布均匀，粒径最小；pH偏离1.0后颗粒增大且均匀性下降（如pH=2.0时粒径分布最差）。

1. 光学性能
   
   • 吸收光谱：pH=1.0时吸收阈值蓝移至345 nm，表明量子尺寸效应增强。
     
   • 色差值：pH=1.0时ΔC达最大值2.427，光致变色性能最优，归因于小粒径和高比表面积提升了光子捕获效率。
     

结论与价值
本研究证实溶胶体系pH值显著影响MoO₃薄膜的结晶度、颗粒尺寸及光致变色性能。pH=1.0为最优条件，此时薄膜具有高结晶度、小粒径（14-31 nm）和均匀分布，导致吸收光谱蓝移和色差值最大化。该成果为高性能光致变色薄膜的制备提供了工艺优化依据，尤其在智能窗和显示器领域具有应用潜力。

研究亮点
1. 创新方法：通过pH调控实现了MoO₃薄膜形貌与性能的精准优化。
2. 机制揭示：首次系统阐明了pH值通过影响钼酸溶解度进而调控晶核形成与生长的机制。
3. 应用价值：pH=1.0条件下制备的薄膜色差值（ΔC=2.427）为同类研究较高水平，具备产业化参考价值。

其他发现
量子尺寸效应与内应力的竞争关系（蓝移主导）为纳米材料光学性能调控提供了新视角。