溶膠-凝膠法制備La2CuO4粉體及光學性能研究.pdf

1、La2CuO4是由鈣鈦礦層(ABO3)和鹽巖層(AO)沿c軸方向以1:1的比例相互交疊,而形成的層狀類鈣鈦礦型(A2BO4)復合氧化物。La2CuO4為反鐵磁p型半導體,同時它也是La2-xMxCuO4-δ(M為Ca,Sr,Ba等)和LaECuO4+δ超導體的基體材料。由于高溫超導機制還沒有被充分揭示,而La2CuO4體系結(jié)構和化學成份簡單,可摻雜范圍廣,因而它是研究超導機理的理想材料,受到廣泛的重視。另外,它具有良好的催化活性和熱穩(wěn)定

2、性,可以取代貴金屬,成為廉價的催化劑,實現(xiàn)天然氣高效燃燒、超低排放過程。此外,La2CuO4在傳感器、汽車尾氣催化凈化、氮氧化物催化消除、中溫固體氧化物燃料電池等領域也具有良好的應用前景。
　　 未摻雜和摻雜后的La2CuO4可以作為光催化分解水的電極材料,目前有關La2CuO4和La2-xMxCuO4-6的研究主要集中于超導性能及有害氣體催化消除領域,而對其在光催化分解水,制備氫能源領域的報道較少。因而對未摻雜和摻雜后LaEC

3、uO4的光譜性質(zhì)研究以及禁帶寬度的測量,對制備綠色無污染的氫能源意義重大。
　　 本論文采用無機鹽溶膠.凝膠制備技術,在相對較低溫度下(600℃)制備了La2CuO4粉體,研究了制備工藝條件對產(chǎn)物的影響及反應機理和反應動力學,并對La2CuO4和Laa2-xMxCuO4-δ在紫外-可見-近紅外范圍的光學性能進行了測試研究。
　　 采用分析純的硝酸鑭(La(NO3)3·nH2O)和硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O)為起始

4、原料,蒸餾水為溶劑,檸檬酸為絡合劑,通過溶膠.凝膠法在600℃煅燒后可制備單一相的LaECuO4納米晶。系統(tǒng)研究了煅燒溫度、銅源、檸檬酸的加入量等工藝因素對合成La2CuO4晶體的影響。采用X射線衍射分析(XRD)、熱重.示差掃描量熱分析(TG-DSC)、紅外(IR)、場發(fā)射電子顯微鏡(FESEM)、透射電子顯微鏡(TEM)以及紫外-可見-近紅外吸收光譜(UV-Vis-NIR)等手段對產(chǎn)物進行了測試表征。結(jié)果表明:煅燒溫度為700℃,保

5、溫2h后,晶粒分布比較均勻,晶粒尺寸為100～120nm;隨煅燒溫度的升高,晶粒不斷長大,La2CuO4的禁帶寬度逐漸減小,由600℃時的1.37eV降低到800℃時的1.28eV。分別以分析純的硫酸銅(CuSO4·5H2O),氯化銅(CuCl2-2H2O)和硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O)為銅源,通過對反應原料及產(chǎn)物進行分析,初步確定合成LaECuO4比較合適的反應原料為三水硝酸銅。不同的檸檬酸加入量對產(chǎn)物純度,粒度及合成活化能有

6、一定的影響;采用阿侖尼烏斯公式,可以計算出隨檸檬酸加入量的升高,合成活化能降低。
　　 通過對La2CuO4進行鑭位(A位)摻雜,研究了不同堿土金屬離子(Ca2+,Sr2+和Ba2+)的摻入以及Ca+的摻雜量對產(chǎn)物的物相及光學性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,700℃煅燒后,可以制備出單一相的La2-xMxCuO4-δ(M=Ca,Sr,Ba),并隨摻雜元素Ca2+,Sr2+和Ba2+離子半徑的增大,紫外-可見-近紅外吸收光譜吸收帶邊產(chǎn)生了紅