過(guò)渡金屬氧化物新型納米結(jié)構(gòu)的合成、表征與性質(zhì)研究.pdf

1、新型納米結(jié)構(gòu)如微孔納米顆粒和量子點(diǎn),因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性能以及巨大的應(yīng)用前景而倍受材料學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家所關(guān)注。過(guò)渡金屬氧化物由于在磁存儲(chǔ)、電池材料、催化劑以及氣敏等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而成為目前研究的焦點(diǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)和制備過(guò)渡金屬氧化物新型納米結(jié)構(gòu),并研究其磁性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì),將可能突破“超順磁限制”和發(fā)現(xiàn)新的光催化劑。本論文圍繞過(guò)渡金屬氧化物(CoO和NiO)新型納米結(jié)構(gòu)的制備、表征和性質(zhì)進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究:
　　1.

2、采用有機(jī)液相化學(xué)反應(yīng)法,以乙酰丙酮鈷為鈷源,無(wú)需表面活性劑模版,利用自模版的工藝原理一步合成顆粒尺寸可調(diào)的具有微孔結(jié)構(gòu)的立方相CoO納米顆粒。采用X射線衍射、X射線光電子能譜和透射電鏡以及高分辨透射電鏡等表征手段對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析并發(fā)現(xiàn):CoO微孔納米顆粒是通過(guò)前期形成的CoO納米晶核以副產(chǎn)物氣體為模版不斷生長(zhǎng)形成的。三種樣品的孔徑都約為1 nm左右。而且改變乙酰丙酮鈷與油胺的比例獲得了顆粒尺寸從13nm到50nm的微孔納米顆粒,

3、使進(jìn)一步深入研究上述微孔CoO納米結(jié)構(gòu)的各種物理和化學(xué)性質(zhì)成為可能。
　　2.對(duì)CoO微孔納米顆粒的光學(xué)、光催化和磁性質(zhì)進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明:具有微孔結(jié)構(gòu)的CoO在進(jìn)入納米尺寸后,其光譜吸收特性發(fā)生了根本的變化。首先,在可見(jiàn)光區(qū)域,三種樣品的吸收波長(zhǎng)均小于塊材CoO的吸收波長(zhǎng),并且隨著顆粒尺寸的減小,樣品的吸收波長(zhǎng)變短,即出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。其次,在紫外區(qū)域出現(xiàn)了新的光譜吸收;把不同顆粒尺寸微孔CoO自組裝成具有等級(jí)孔結(jié)構(gòu)的薄膜進(jìn)

4、行光催化活性測(cè)試,發(fā)現(xiàn)顆粒尺寸越小、比表面越大的樣品,其催化性能越好;CoO微孔納米顆粒具有異于塊材的反常磁性質(zhì),其顆粒表面的未補(bǔ)償自旋在低溫下表現(xiàn)出鐵磁性,并且顆粒表面的鐵磁相與顆粒內(nèi)部的反鐵磁相存在著交換耦合作用,從而在低溫下出現(xiàn)交換偏置行為。
　　3.采用修改版的有機(jī)液相化學(xué)反應(yīng)法,在氧氣氛下利用油胺的高沸點(diǎn)提供高溫化學(xué)反應(yīng)環(huán)境,并以乙酰丙酮鎳為鎳源,三苯基膦為表面活性劑一步合成出顆粒尺寸僅為3nm左右的NiO量子點(diǎn)。并通過(guò)

5、有機(jī)液相化學(xué)-種子生長(zhǎng)法,以NiO量子點(diǎn)為種子合成出了尺寸更大的NiO納米顆粒(約26nm)。最后,研究了不同尺寸下NiO納米顆粒的光催化性質(zhì)。結(jié)果表明:NiO量子點(diǎn)具有最好的光降解性能,這主要?dú)w功于其很小的顆粒尺寸和良好的分散性。
　　4.對(duì)NiO量子點(diǎn)的低溫磁性質(zhì)、交換偏置效應(yīng)以及交換偏置鍛煉效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明:NiO量子點(diǎn)具有異于塊材的反常磁性質(zhì),其顆粒表面的未補(bǔ)償自旋在低溫下表現(xiàn)出鐵磁性或者自旋玻璃行為,并且系