二氧化鉿納米材料的水熱合成、晶型控制及其性質(zhì).pdf

1、二氧化鉿是一種重要的寬禁帶過渡金屬氧化物，具有高的熔點(diǎn)、高的介電常數(shù)以及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性等諸多特點(diǎn)，因此近年來引起了許多研究者的廣泛關(guān)注。
　　二氧化鉿有四方晶型（tetragonal，T）、單斜晶型（monoclinic， M）和立方晶型（cubic，C）這三種晶型結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度超過2000K時(shí)，二氧化鉿會(huì)從單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，常溫常壓下它主要是以單斜結(jié)構(gòu)存在。常見的二氧化鉿的制備方法有溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法和微乳液法等。

2、其中，使用微乳液法制備納米二氧化鉿顆粒存在著價(jià)格高產(chǎn)率低、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，而共沉淀法和溶膠-凝膠法制備的納米二氧化鉿顆粒存在著易引入雜質(zhì)、顆粒易團(tuán)聚等缺點(diǎn)，這都在一定程度上限制了它們?cè)诖笠?guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。水熱法具有操作簡單、無需煅燒等特點(diǎn)，因此被廣泛運(yùn)用于無機(jī)納米材料的制備中。
　　本文主要應(yīng)用水熱法來合成晶型可控、分散均勻的納米二氧化鉿顆粒并深入研究其合成機(jī)理。文章詳細(xì)研究了不同反應(yīng)因素對(duì)合成產(chǎn)物形態(tài)和粒徑的影響，推導(dǎo)出了二氧化

3、鉿納米顆粒的合成和晶型轉(zhuǎn)變過程；研究了不同種晶的加入對(duì)產(chǎn)物晶型和顆粒粒徑的影響。本文還初步研究了納米二氧化鉿的光學(xué)性能、抗菌性能以及催化性能。
　　以下是本文的主要研究成果：
　?。?）應(yīng)用水熱法成功制備了尺寸均一、晶型可控的二氧化鉿納米粒子，通過改變反應(yīng)溫度、氫氧化鈉濃度、反應(yīng)時(shí)間和種晶的晶型實(shí)現(xiàn)了不同晶型的二氧化鉿納米顆粒之間的轉(zhuǎn)化。結(jié)合XRD圖和TEM圖，我們發(fā)現(xiàn)四方二氧化鉿納米顆粒的形狀近似球形，而單斜二氧化鉿納米顆

4、粒的形狀呈紡錘狀。本文結(jié)合熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論對(duì)二氧化鉿的形成進(jìn)行分析，結(jié)果表明溫度越高，堿的濃度越低，反應(yīng)時(shí)間越長，越有利于單斜二氧化鉿的形成。
　　（2）本文研究了pH對(duì)二氧化鉿納米顆粒的形成的影響，利用鉿離子水解的平衡常數(shù)計(jì)算得出 Hf(OH)3+, Hf(OH)4, Hf(OH)5-, Hf(OH)62-的濃度與pH的關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)四方二氧化鉿的產(chǎn)率變化曲線與 Hf(OH)62-的濃度變化曲線是一致的，而且高濃度的氫氧化鈉

5、會(huì)促進(jìn)四方二氧化鉿的形成。因此形成二氧化鉿納米顆粒的前驅(qū)體是Hf(OH)62-。
　?。?）運(yùn)用種晶法制備二氧化鉿納米顆粒，在不改變其他反應(yīng)條件的情況下，將不同晶型的小顆粒種晶加入到反應(yīng)體系中，可以得到不同晶型的二氧化鉿納米顆粒。不加入種晶時(shí)，在反應(yīng)溫度為120℃，體系氫氧化鈉濃度為3.0 M時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物是四方二氧化鉿和單斜二氧化鉿的混合物，當(dāng)向體系中加入單斜晶型的種晶時(shí)，得到的產(chǎn)物是單斜晶型的，而加入的是四方晶型的種晶時(shí)，得到的

6、產(chǎn)物就是四方晶型的。此外，種晶的加入也減小了納米顆粒的粒徑。種晶的加入使產(chǎn)物顆粒的形成過程直接跳過了成核前期和成核期而進(jìn)入生長期，形成的二氧化鉿單體會(huì)直接沉積在種晶的表面，然后進(jìn)行生長。
　　（4）本文利用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌測試了二氧化鉿納米顆粒的抗菌性。結(jié)果表明二氧化鉿納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌具有良好的抗菌性，但是對(duì)于大腸桿菌不具有抗菌性，這個(gè)結(jié)果可能與大腸桿菌和金黃色葡萄球菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的差異性有關(guān)，也