金屬氧化和硫?qū)倩衔锛{米材料的液相制備與性質(zhì)研究.pdf

1、由于納米材料的性質(zhì)在很大程度上取決于的它們尺寸和形貌，所以半導(dǎo)體納米材料的可控制備受到越來(lái)越多的關(guān)注。與物理制備技術(shù)相比，納米材料的液相合成方法有很多優(yōu)點(diǎn)。此外，越來(lái)越多的研究表明離子液體在無(wú)機(jī)納米材料合成中起到特殊功能：如反應(yīng)介質(zhì)，結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑以及反應(yīng)物。因此，研究離子液體液相合成技術(shù)不僅可以產(chǎn)生新的納米結(jié)構(gòu)而且對(duì)以后制備其他納米結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)意義。本論文中的部分中工作是比較有推廣價(jià)值的，利用該方法可能制備出具有特殊性質(zhì)的無(wú)機(jī)納米材料。<

2、br>　　 在第二章中，采用了水熱法、離子熱法和蒸發(fā)溶劑法等三種合成方法制備了不同結(jié)構(gòu)的氧化鐵。在用水熱法合成氧化鐵過(guò)程中，通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間和溶劑即可實(shí)現(xiàn)氧化鐵的形貌可控合成，得到納米粒子，規(guī)則多面體納米晶以及納米粒子聚集的微米塊。同時(shí)，也對(duì)這些納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理和反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行討論。此外，也對(duì)不同結(jié)構(gòu)的氧化鐵納米材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰和磁性分別進(jìn)行了研究。最后就不同納米結(jié)構(gòu)的氧化鐵表現(xiàn)出不同電化學(xué)和磁性方面的差異給出合理的解釋。在用蒸發(fā)離子

3、液體中少量溶劑法制備介孔納米氧化鐵片過(guò)程中，離子液體[Bmirn]C1不但起到溶劑作用，同時(shí)也是脫水劑和重要的模板劑。所制備介孔氧化鐵納米片的主要暴露面是(110)晶面。此外，為了將該介孔氧化鐵納米片用一氧化碳催化轉(zhuǎn)化方面的研究，將該氧化鐵納米片作為載體分別沉積不同量的金納米晶來(lái)制備催化劑Au/α-Fe203。用合成的氧化鐵納米片作為載體的催化劑比用商品氧化鐵作為載體的催化劑具有更高的轉(zhuǎn)化效率，并且具有良好的穩(wěn)定性。高效的催化性能可能與

4、負(fù)載金納米晶的氧化鐵納米片的高(110)暴露面有關(guān)。此外，也探討了所合成介孔氧化鐵納米片對(duì)丙酮的氣敏研究。氣敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：其氣敏靈敏度與氧化鐵納米片的退火溫度有直接關(guān)系，這與其結(jié)晶度有關(guān)系。在用離子熱法合成氧化鐵的過(guò)程中，得到特殊結(jié)構(gòu)的納米片聚集體。這些聚集體呈現(xiàn)出邊與邊的組裝。這種特殊的組裝行為直接取決于離子液體[Pmim]I的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向以及組裝作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：純的離子液體[Pmim]I在小的納米片聚集過(guò)程中起到必不可少的。此外，也發(fā)

5、現(xiàn)這種特殊聚集行為的氧化鐵在磁性行為不同一般的納米晶。
　　 在第三章中，分別研究了用不同酸輔助水熱合成的三氧化鎢和二氧化錫的方法和其性質(zhì)。首先，通過(guò)化學(xué)拓?fù)滢D(zhuǎn)變前驅(qū)物鎢酸實(shí)現(xiàn)了三氧化鎢的大小和形貌的控制。在用水熱法制備鎢酸的過(guò)程中，四氟硼酸不但提供了酸源而且起到了結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用。基于三氧化鎢和鎢酸在結(jié)構(gòu)上的相似性，三氧化鎢可以通過(guò)在高于160度的水熱條件下直接自轉(zhuǎn)化或者高溫條件下空氣氣氛中退火實(shí)現(xiàn)。另外，考察了不同三氧化鎢納米材

6、料對(duì)乙醇?xì)饷舻男阅?。氣敏研究表明：三氧化鎢納米材料所制備的氣敏元件的性能不但與其特殊的片結(jié)構(gòu)有關(guān)系，更與其結(jié)晶度有關(guān)，這可能歸因于其在高結(jié)晶的片狀氧化鎢有利于乙醇分子的有效吸附和快速擴(kuò)散。另一方面，在乙酸的作用下通過(guò)水熱途徑可以制備出粒度在2.5-4.1納米范圍內(nèi)的二氧化錫納米晶。所制備的二氧化錫納米晶體表現(xiàn)出良好的乙醇靈敏性以及穩(wěn)定性，這與它們的小尺寸有著直接的關(guān)系。
　　 在第四章中，研究了離子液體輔助水熱合成的硫化銻和四氧

7、化三鐵的方法和其性質(zhì)。首先，分別以檸檬酸和檸檬酸銨為絡(luò)合劑，通過(guò)離子液體輔助水熱合成法得到了一系列硫化銻的形貌，如：納米棒、納米線束、葉狀納米結(jié)構(gòu)、啞鈴狀超級(jí)結(jié)構(gòu)和海膽狀微米球。利用硫化銻的晶體結(jié)構(gòu)特征、絡(luò)合劑和離子液體的性質(zhì)，對(duì)不同的硫化銻納米結(jié)構(gòu)形成機(jī)理進(jìn)行了初步探索。此外，也討論了不同反應(yīng)參數(shù)對(duì)硫化銻納米結(jié)構(gòu)的影響。最后，研究了不同形貌的硫化銻材料對(duì)其電化學(xué)儲(chǔ)鋰行為的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：合成的硫化銻具有高的首次放電容量和較好的循環(huán)

8、性能，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。另一方面，利用離子液體輔助溶劑熱合成方法合成了兩種特殊形貌的四硫化三鐵材料：納米墻和由片組裝成的微米球。在制備過(guò)程中，離子液體[Bmim]Cl對(duì)四硫化三鐵六方納米片的形成以及其組裝過(guò)程起了重要作用。此外，磁性研究表明：不同納米結(jié)構(gòu)的磁性行為與其結(jié)構(gòu)有必然的聯(lián)系。
　　 在第五章中，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)如氯化氧鉍的活化狀態(tài)、離子液體的類(lèi)型和濃度以及反應(yīng)溫度，利用水熱合成法制各了一系列硫化鉍納米結(jié)構(gòu)如不同長(zhǎng)徑比

9、的納米棒、不同密度的由納米棒編制的納米布和海膽狀微米球?；诼然蹉G的活性狀態(tài)、離子液體的特點(diǎn)和硫化鉍的晶體生長(zhǎng)習(xí)性，合理地提出了不同形貌的硫化鉍材料的生長(zhǎng)機(jī)理。需要強(qiáng)調(diào)的是通過(guò)引入中間物氯化氧鉍的活性狀態(tài)概念來(lái)解釋不同形貌的硫化鉍的生長(zhǎng)機(jī)理。此外，也初步探討了硫化鉍納米布和海膽狀微米球的電化學(xué)儲(chǔ)鋰的行為。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明：硫化鉍材料具有很高的首次放電容量，并且它們的電化學(xué)循環(huán)性能很大程度上依賴(lài)于其形貌。
　　 在第六章中，分別采

10、用了水熱法和溶劑熱法制備了一維硒化銻納米材料，并考察了它們的電化學(xué)儲(chǔ)氫、電化學(xué)儲(chǔ)鋰和紫外吸收性質(zhì)。首先，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)如反應(yīng)溫度和反應(yīng)物濃度可以實(shí)現(xiàn)硒化銻納米結(jié)構(gòu)的控制，并且根據(jù)硒化銻晶體生長(zhǎng)習(xí)性探討了其形成機(jī)理。此外，電化學(xué)儲(chǔ)氫實(shí)驗(yàn)表明：硒化銻納米棒和介觀棒具有比文獻(xiàn)中報(bào)道的硫化鉍更好的電化學(xué)放氫容量，其放氫容量由其材料的形貌的決定。另一方面，也通過(guò)溶劑熱合成法制備硒化銻納米線。在制備過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)參數(shù)反應(yīng)溶劑和反應(yīng)物對(duì)硒化銻產(chǎn)物的大

11、小和均一性起了重要作用?；诰w成核和生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)理論，可以通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度在溶劑熱調(diào)節(jié)下實(shí)現(xiàn)納米線的長(zhǎng)徑比變化。紫外吸收和電化學(xué)儲(chǔ)鋰行為研究展示了所合成的硒化銻納米線在鋰離子電池、太陽(yáng)能和光電子學(xué)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。
　　 總之，該論文提出了一些合成氧化物和硫?qū)倩衔锇雽?dǎo)體納米材料的可控制備方法。其中，離子液體輔助液相合成中發(fā)現(xiàn)離子液體有明顯的組裝作用，有利于形成組裝納米結(jié)構(gòu)。在無(wú)離子液體輔助的情況下，發(fā)現(xiàn)在合適的實(shí)驗(yàn)條件下可以