激光誘導(dǎo)液相合成金屬納米復(fù)合材料及光學(xué)特性研究.pdf

1、金屬納米復(fù)合材料不僅具備固有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、介電限域效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，而且由于多元素之間的獨(dú)特協(xié)同作用以及不同的構(gòu)型都使金屬納米復(fù)合材料呈現(xiàn)出了高效的光、電、催化及超靈敏傳感等性能。相比與表面光滑的實(shí)心納米材料來說，空心多孔構(gòu)型的金屬納米復(fù)合材料具有更大的比表面積，而核殼構(gòu)型納米材料存在明顯的核殼界限，兩者可以表現(xiàn)出區(qū)別于實(shí)心納米材料的物理化學(xué)特性。于是，尋找一種綠色、環(huán)保、高效、簡單和低成本的合成技術(shù)使其可

2、以有效可控合成出多種構(gòu)型的金屬納米復(fù)合材料，尤其是空心多孔構(gòu)型，不僅僅是對基礎(chǔ)科學(xué)研究有著極其重要的研究價(jià)值，更對材料的發(fā)展及其應(yīng)用起著舉足輕重的作用。金屬納米復(fù)合材料的合成方法眾多，我們采用了脈沖激光液相誘導(dǎo)合成技術(shù)來調(diào)控制備空心多孔金屬納米復(fù)合材料。與其他方法相比，脈沖激光液相誘導(dǎo)合成技術(shù)利用高功率激光束與材料物質(zhì)具有超快的相互作用特性，燒蝕產(chǎn)生獨(dú)特的熱力學(xué)非平衡態(tài)使得金屬元素瞬間氣化至高能態(tài)，隨后急劇冷卻結(jié)晶形成金屬納米復(fù)合材料。

3、脈沖激光液相燒蝕合成技術(shù)不需要外界提供復(fù)雜、苛刻實(shí)驗(yàn)條件，并且實(shí)驗(yàn)過程簡單、高效，無需復(fù)雜的化學(xué)輔助試劑，綠色環(huán)保，為目前急需的高效可控合成納米空心多孔材料奠定了基礎(chǔ)。本論文主要內(nèi)容是使用脈沖激光液相燒蝕合成技術(shù)可控調(diào)節(jié)制備超精細(xì)的空心多孔TiO2納米材料以及兩種不同構(gòu)型的ZnS/Zn納米復(fù)合材料，并探索其可控合成機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，研究不同構(gòu)型的ZnS/Zn納米復(fù)合材料在可見光條件下光催化降解Cr(Ⅵ)離子溶液的優(yōu)異特性。
　　在

4、1064nm波長條件下，我們使用脈沖激光分別在去離子水溶液和氨水溶液中燒蝕Ti/Al合金靶材制備金屬納米復(fù)合材料，研究了在弱堿性溶液中制備合成的空心多孔TiO2納米材料的生長過程。在去離子水溶液中，我們合成了形狀規(guī)則且呈圓球狀的TiO2/Al(OH)3納米復(fù)合材料，而在氨水溶液中，通過改變氨水濃度制備了一系列不同形貌和尺寸的空心多孔狀TiO2納米材料，隨著Ⅴ氨水/Ⅴ去離子水從1/10增加到1/3，TiO2納米空心結(jié)構(gòu)直徑從300nm減小

5、到9.2nm，多孔核殼壁厚從60nm減小到2.8nm。研究表明利用堿性溶液可以使燒蝕Ti/Al靶材最初形成的TiO2/Al(OH)3復(fù)合材料中Al(OH)3兩性氫氧化物在生長過程中快速分解，最終合成制備了超精細(xì)的空心多孔狀TiO2納米材料。提高溶液中PH值，無論是內(nèi)部空心還是多孔殼層都會發(fā)生明顯變化。針對含有對兩性氫氧化物的復(fù)合材料，初步探索的堿性溶液在激光燒蝕過程中快速刻蝕原理有望為空心多孔狀金屬納米復(fù)合材料的可控合成提供新方法。

6、r>　　在1064nm波長條件下，我們使用脈沖激光在硫代乙酰胺(TAA)、HCl和CTAB混合溶液中燒蝕Zn固體靶材，通過加入少量（＜5μL）和足量(10μL)HCl，改變?nèi)芤旱腜H值，分別成功的合成出了核殼結(jié)構(gòu)和空心多孔構(gòu)型的ZnS/Zn納米材料。酸性溶液在可控合成中起到至關(guān)重要因素。較弱的酸性溶液在激光燒蝕Zn過程中可以加快TAA水解，有效提供硫源，得到純凈的核殼結(jié)構(gòu)ZnS/Zn納米材料。提高溶液酸性，還可以對初步合成的ZnS/Zn

7、核殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)刻蝕，形成空心多孔構(gòu)型的ZnS/Zn納米復(fù)合材料。在可見光催化降解重鉻酸鉀溶液中Cr(Ⅵ)離子方面，這種空心多孔構(gòu)型的ZnS/Zn納米復(fù)合材料更具有優(yōu)勢。在相同條件下，空心多孔構(gòu)型的ZnS/Zn納米復(fù)合材料可以在15min內(nèi)降解溶液中97％Cr(Ⅵ)離子，而核殼納米材料則需要50min。這種顯著提高的可見光催化降解Cr(Ⅵ)效率主要是由于納米材料的多孔結(jié)構(gòu)既增加了材料與Cr(Ⅵ)的接觸面積又降低了電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶所需