可控水熱合成不同維度的CeO2微納結構及其性能演變研究.pdf

1、近年來，由于形貌依賴的獨特材料性能，大家對特定維度、良好形狀且高度有序的無機晶體的合成越來越感興趣。CeO2納米材料因其豐富的氧空位缺陷、高氧氣儲存能力和通過Ce3+和Ce4+之間的轉換釋放氧氣的能力而具有卓越的性能，近年來引起了相當大的關注。因此，二氧化鈰在眾多領域被廣泛的研究和應用，比如三元催化劑(TWC)消除車輛廢氣、紫外線(UV)屏蔽材料、光催化劑、氧氣傳感器和固體氧化物燃料電池中氧離子導體。本文主要專注于水熱法可控合成不同形貌

2、的CeO2納米材料，并分別從材料可控合成、形成機理以及性質表征幾個方面進行了系統(tǒng)的研究。本文的主要成果如下:
　　1.采用無模板水熱法，以Ce(NO3)3·6H2O為鈰源、CO(NH2)2為沉淀劑和PVP為表面活性劑，通過熱分解CeOHCO3前驅體來獲得單分散藥片狀CeO2納米結構和三棱柱納米管。隨著溫度從120℃提高到200℃，樣品的形貌從藥片狀轉變成三棱柱，然后變到三棱柱納米管。提出有向聚集和奧氏熟化機理解釋三棱柱納米管的形成

3、。樣品形貌的變化導致其光學性能各不相同。與傳統(tǒng)的塊狀CeO2相比，所有樣品的帶隙發(fā)生了紅移，這可能是Ce3+離子、氧空位和形態(tài)改變的影響。
　　2.采用簡單的水熱法，以CeCl3·7H2O為鈰源，NH4HCO3為沉淀劑，乙二胺為表面活性劑，通過控制CeOHCO3前驅體的形態(tài)進而獲得厚50-150nm、邊長0.5-1μm的三角形納米片。系統(tǒng)性地研究了反應溫度、反應時間和乙二胺劑量對材料結構與性能的影響。結果顯示，三角形CeO2納米片

4、具有立方螢石結構和單晶結構，隨著反應時間的延長，捆狀結構漸漸轉變成納米片，而納米片的邊數(shù)也將隨著反應溫度的升高而降低?？赡艿娜毕蒡屖沟娜芙?再結晶機理被提出。與傳統(tǒng)的塊狀CeO2相比，樣品的帶隙發(fā)生了紅移，這可能歸因于Ce3+離子、氧空位和形態(tài)改變的影響。三角形CeO2納米片和捆狀結構展示了相似的室溫光致發(fā)光激發(fā)峰，并且其峰強度隨著氧空位濃度增加而增強。
　　3.采用簡單的水熱法，以CeCl3·7H2O為鈰源，NH4HCO3為沉淀

5、劑，H2O2為氧化劑，乙二胺為表面活性劑，通過控制CeOHCO3前驅體來獲得平均尺寸4-6μm的單分散蓮花狀CeO2分層結構。根據形態(tài)隨反應時間演變的實驗結果，提出了一個成核-溶解-再結晶機理。研究發(fā)現(xiàn)，在試樣表面存在一些Ce3+離子和氧空位。磁性和光致發(fā)光測試結果表明，所有試樣都展示了優(yōu)異的室溫鐵磁性和光學性能，并且室溫鐵磁性和光學性能隨著反應時間的增加而提高，這可以合理地解釋為樣品的形態(tài)、Ce3+離子和氧空位濃度不同的影響。

6、　　4.采用簡單的水熱技術，以CeCl3·7H2O為鈰源，NH4HCO3為沉淀劑，H2O2為氧化劑，乙二胺為表面活性劑，成功獲得由許多厚40-20 nm的納米片為花瓣組成的直徑2-5μm的單分散花狀多孔CeO2微球。反應溫度、反應時間、雙氧水的加入量以及乙二胺的加入量被系統(tǒng)地調查。根據隨時間演變的形態(tài)證據，一個可能的形成機理，涉及納米顆粒的聚集和自組裝以及接下來塊狀和棒狀結構的溶解再結晶被提出。隨著反應溫度的降低，所得的CeO2樣品的光