γ-氧化鋁和尖晶石型偏鋁酸鋅納米結(jié)構(gòu)的離子液體輔助水熱法可控合成研究.pdf

1、金屬氧化物納米材料因其優(yōu)異的光、電、熱、磁性能,成為化學(xué)、材料、物理等領(lǐng)域的重要研究方向之一?？茖W(xué)研究表明,材料的性能和應(yīng)用取決于其晶型、形貌、尺寸和組成等,因此,金屬氧化物納米材料結(jié)構(gòu)和形貌的控制合成不僅具有重要的理論意義,而且在很多方面還有很大的應(yīng)用價(jià)值。其中氧化鋁和尖晶石型偏鋁酸鋅均為廉價(jià)而有用的工業(yè)材料,引起人們廣泛的關(guān)注。本論文在γ-氧化鋁和尖晶石型偏鋁酸鋅ZnAl2O4納米材料的離子液體輔助水熱合成新途徑及調(diào)控合成新方法等方

2、面進(jìn)行了探索性研究。
　　 離子液體是在室溫下完全由離子組成的有機(jī)溶劑,由于其特殊的物理和化學(xué)性能在無機(jī)納米材料合成方面引起人們廣泛的關(guān)注。在離子液體輔助下,開發(fā)新的合成方法,同時(shí)對(duì)γ-氧化鋁和尖晶石型偏鋁酸鋅ZnAl2O4納米結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行控制合成是本論文的重點(diǎn)。具體的研究?jī)?nèi)容包括:
　　 (1)堿式醋酸鋁為前驅(qū)物離子液體輔助水熱法合成γ-氫氧化氧鋁和γ-氧化鋁納米結(jié)構(gòu)研究。首先,以乙酸鉀和氯化鋁為反應(yīng)物,以離子液體氯代

3、1-丁基-2,3-二甲基咪唑([Bdmim][Cl)])為模板劑,通過水熱法制備了不同形貌的堿式醋酸鋁(CH3COO)2Al(OH)納米晶,包括樹葉狀、纖維狀、花狀、多面體和納米棒。在制備過程中,以離子液體為模板劑,通過調(diào)節(jié)離子液體濃度,反應(yīng)物濃度和反應(yīng)溫度即可有效地對(duì)產(chǎn)物的形貌進(jìn)行調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),離子液體濃度對(duì)具有不同形貌的前驅(qū)物堿式醋酸鋁納米結(jié)構(gòu)的形成起到了關(guān)鍵的作用。吸附在前驅(qū)物晶體表面的離子液體陽(yáng)離子使納米結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,隨著離子液體

4、量增加可以制備一、二、三維納米結(jié)構(gòu)。通過前驅(qū)物在高溫下煅燒,即可得到形貌保持不變的γ-氫氧化氧鋁和γ-氧化鋁納米結(jié)構(gòu)。表面性能研究表明所得γ-氧化鋁納米結(jié)構(gòu)顯示良好的表面和氣孔性能,得到的γ-氧化鋁納米結(jié)構(gòu)具有250-380m2/g的比表面積和大約3.5nm的孔徑。
　　 (2)以堿式醋酸鋁為前驅(qū)物,通過前驅(qū)物分解與絡(luò)合物生成反應(yīng)的耦合反應(yīng),一步合成γ-氫氧化氧鋁納米結(jié)構(gòu)的新途徑研究。在一樣的反應(yīng)體系中,通過加一定量的Zn(NO

5、3)2,即可直接得到花狀γ-氫氧化氧鋁鈉米結(jié)構(gòu)。添加的Zn2+離子為一種耦合反應(yīng)驅(qū)動(dòng)劑,對(duì)γ-氫氧化氧鋁的形成起到關(guān)鍵的作用。另外,離子液體作為模板劑,對(duì)產(chǎn)物的形貌起到非常重要的作用,隨著離子液體量增大,花狀結(jié)構(gòu)的尺寸變小,而構(gòu)成花兒的納米葉的長(zhǎng)寬比變大了。最后得到的花狀γ-氧化鋁納米結(jié)構(gòu)具有150m2/g左右的比表面積和3.6nm的孔徑。
　　 (3)離子液體輔助水熱法制備堿式碳酸鋁鈉NaAl(OH)2CO3(Na-Dowso

6、nite)納米棒以及高能電子束輻射制備納米管。首先以氯化鋁和碳酸氫鈉為反應(yīng)物,以離子液體氯代1-丁基-2,3-二甲基咪唑([Bdmim][Cl)])為模板劑,在水熱體系中制備出直徑為25nm,長(zhǎng)度為200nm的堿式碳酸鋁鈉納米棒,產(chǎn)物不僅大小均勻而且分散性良好。然后以堿式碳酸鋁鈉為前驅(qū)物,通過高能電子束輻射制備出納米管。在電子束分解過程當(dāng)中,前驅(qū)物堿式碳酸鋁鈉的分解過程與普通熱分解過程完全不一樣。在熱分解過程,分解產(chǎn)物為偏鋁酸鈉(NaA

7、lO2),而電子束分解產(chǎn)物是表面為氫氧化氧鋁(AlOOH)和內(nèi)部為碳酸鈉(Na2CO3)的兩層結(jié)構(gòu)。
　　 (4)以堿式碳酸鋁鈉為前驅(qū)物在低溫下Zn2+離子交換制備偏鋁酸鋅ZnAl2O4納米結(jié)構(gòu)的新途徑。首先通過Zn2+離子交換反應(yīng)得到中間體Al2O3·H2O和Zn6Al2(OH)16·CO3·4H2O混合晶體的納米片,然后在700℃煅燒2h所得偏鋁酸鋅(ZnAl2O4)納米片。其納米片由直徑為約20nm的納米顆粒組成,顆粒之間

8、存在有氣孔。這些氣孔是在煅燒過程當(dāng)中因中間體分解脫水而形成的。研究結(jié)果表明ZnAl2O4納米片產(chǎn)物具有245m2/g的比較高的比表面積。離子液體在納米片的生長(zhǎng)過程中起到模板劑的作用。
　　 (5)以碳酸銨為堿源離子液體輔助水熱法γ-氧化鋁納米結(jié)構(gòu)調(diào)控合成。在相同的反應(yīng)體系當(dāng)中,隨著溫度變化得到不同物相和形貌的產(chǎn)物。在75℃下得到竹葉狀堿式碳酸鋁銨納米結(jié)構(gòu),而在120℃下得到γ-AlOOH納米棒或者納米線。當(dāng)溫度為150℃時(shí),產(chǎn)物