微波和水熱合成稀土化合物、二硫化鉬納米材料及表征.pdf

1、無機納米材料的形貌、尺寸及其微觀結(jié)構(gòu)對其物理和化學(xué)等性質(zhì)和應(yīng)用具有重要的影響。具有特定形貌和微觀結(jié)構(gòu)的無機納米材料(如：納米線、納米棒、中空納米結(jié)構(gòu)、納米/微米球等)的合成及其性能的表征對于新型無機功能材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究都具有重要的意義。 稀土化合物,由于其離子的4f殼層內(nèi)具有眾多的躍遷模式,被廣泛應(yīng)用于高性能發(fā)光設(shè)備、磁性材料、催化劑以及其它功能材料。在納米級的稀土化合物材料中,發(fā)光量子效率和顯示分辨率都將得到進一步的提高。

2、具有三明治層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物二硫化鋁(MoS2)納米材料,由于其在催化劑、儲氫材料、鎂離子和鋰離子電池的電極材料以及固體潤滑劑方面的潛在應(yīng)用而得到人們的持續(xù)關(guān)注。本論文用快速的微波加熱技術(shù)和溫和的水熱法合成不同形貌的多種稀土化合物納米材料(如：氫氧化鐠和氧化鐠納米棒、中空結(jié)構(gòu)的氟化鐠納米粒子、稀土離子摻雜的氟化鑭納米粒子和磷酸鑭納米棒、不同形貌的氟化鈰納米結(jié)構(gòu)、不同形貌的磷酸鈰納米棒聚集體、梭形的羥基碳酸鈰和二氧化鈰等),對其結(jié)構(gòu)

3、和性能進行了表征,并討論了相應(yīng)的不同形貌的稀土化合物納米材料的形成機理；用室溫離子液體作為添加劑,水熱法合成了由二硫化鉬納米片構(gòu)成的微球。另外用添加葡萄糖作為碳源的水熱法合成了碳/二硫化鉬復(fù)合微球,對二硫化鉬微球和碳/二硫化鉬復(fù)合微球的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征,并討論了其相應(yīng)的形成機理。 通過論文的研究工作,主要取得以下幾方面的具有創(chuàng)新性的研究結(jié)果： 1)采用簡單、快速的微波加熱方法制備出均勻的六方相Pr(OH)3納米棒,通過

4、在500℃空氣下煅燒可得到均勻的立方相Pr6O11納米棒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)氫氧化鉀濃度和微波加熱時間對產(chǎn)品的形貌和尺寸有重要的影響,初步提出了微波加熱過程中Pr(OH)3納米棒的形成機理；采用微波加熱方法制備出均勻的具有中空結(jié)構(gòu)的六方相PrF3納米粒子及摻雜稀土離子Ce3+、Eu3+、Tb3+的六方相LaF3納米粒子。結(jié)果顯示PrF3納米粒子中空結(jié)構(gòu)明顯,摻雜稀土離子的氟化鑭納米粒子其熒光發(fā)射光譜顯示了各自的特征光譜,表明稀土離子已成功地?fù)诫s在

5、氟化鑭納米粒子中；采用微波加熱方法制備出摻雜稀土離子Ce3+、Eu3+、Tb3+的六方相的LaPO4納米棒。結(jié)果顯示LaPO4納米棒一維結(jié)構(gòu)明顯,其熒光發(fā)射光譜顯示了各自的特征光譜,表明稀土離子成功地?fù)诫s在LaPO4納米棒中；以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑,采用微波加熱方法合成出均勻的正交相的梭形CeOHCO3。通過在500℃空氣下煅燒可以得到均勻的立方相的梭形CeO2。結(jié)果表明,與不加表面活性劑時相比,添加表面活性劑C

6、TAB所制得的CeO2具有較為光潔的表面,且其紫外-可見吸收帶發(fā)生了明顯的紅移。以上這些用微波輻射加熱技術(shù)合成具有不同形貌的稀土化合物納米材料的方法具有快速、高效和節(jié)能的優(yōu)點。 2)以乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)為絡(luò)合劑,采用快速的微波加熱方法制備出具有不同形貌如盤狀、核桃狀和顆粒狀的六方相的CeF3納米結(jié)構(gòu)。實驗發(fā)現(xiàn)：一些反應(yīng)參數(shù)如絡(luò)合劑與鈰離子的比例、反應(yīng)時間和不同的氟源等對最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有很大的影響,并提

7、出了CeF3納米結(jié)構(gòu)的形成機理。另外對不同氟源制得的CeF3產(chǎn)品的光學(xué)性質(zhì)如紫外-可見吸收和熒光發(fā)射性質(zhì)進行了表征。另外用乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)為絡(luò)合劑,采用溫和的水熱方法制備出均勻的單斜相的CePO4和摻雜稀土離子Tb3+的CePO4納米棒聚集體。實驗表明：這種CePO4聚集體是由幾乎平行排列的納米棒組成。一些實驗參數(shù)如溶液的pH值、絡(luò)合劑與鈰離子的的比例、反應(yīng)時間等對CePO4納米棒聚集體的形貌和尺寸都有很大的影響。

8、并探討了CePO4納米棒聚集體的形成機理。并對不同形貌的摻雜稀土離子Tb3+的CePO4納米棒聚集體的熒光性質(zhì)進行了表征。 3)分別以室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM][BF4])和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])為添加劑,以鉬酸鈉和硫代乙酰胺為前驅(qū)物,采用溫和的水熱方法制備出均勻的六方相的MoS2微球。并通過在800℃氮氣和氫氣的混合氣氛下煅燒水熱產(chǎn)品,可以獲得高結(jié)晶度和層狀結(jié)

9、構(gòu)發(fā)育很好的MoS2微球。實驗發(fā)現(xiàn),這種微球由片狀結(jié)構(gòu)組成。離子液體的用量和種類對最終產(chǎn)品的形貌有明顯的影響。在我們的實驗中,離子液體對MoS2微球的形成具有決定性的作用,充當(dāng)著模板劑的作用。并初步探討了MOS2微球的形成機理。 4)以鉬酸鈉、硫脲和葡萄糖為前驅(qū)物,采用溫和的水熱方法一步制備出均勻的C/MoS2復(fù)合微球。通過在800℃氮氣和氫氣的混合氣氛下煅燒水熱產(chǎn)品,得到的C/MoS2復(fù)合微球依然是以無定形的為主。實驗表明合適