微結構可控的金屬和復合金屬氧化物基納米材料的制備、結構及性能.pdf

1、眾所周知,納米材料的性能不僅與其尺寸大小有關,還與其維度、表面結構、裸露晶面等因素密切相關。因此對于納米材料形貌和尺寸的控制具有十分重要的意義。金屬氧化物納米材料是一類重要的無機功能材料,由于其獨特的物化性質(zhì)而被廣泛應用到半導體材料、磁性材料、傳感以及催化劑和催化劑載體等諸多領域。由于金屬氧化物納米結構豐富,且處于納米尺度的金屬氧化物的性能強烈依賴于其粒徑大小、結構、形貌、組裝方式等,因而對金屬氧化物的研究也最為深入,研發(fā)簡單、經(jīng)濟、綠

2、色、有效的方法來實現(xiàn)對納米材料粒徑大小、形貌、表面及微觀結構的裁剪,制備性能優(yōu)異的納米材料成為該領域研究的重要課題。本論文圍繞金屬氧化物基納米材料微結構的控制及其性能研究做了以下幾個方面的工作。
　　 首先針對傳統(tǒng)高溫陶瓷法在制備鋅鋁尖晶石型復合金屬氧化物過程中出現(xiàn)的粒子的團聚和燒結,整體均一性不高,比表面積下降等問題,開發(fā)了一種簡便、綠色的溶劑熱合成方法用于低溫一步制備ZnAl2O04尖晶石型復合金屬氧化物。制備過程中無需引入

3、模板或表面活性劑,僅通過在溶劑中引入不同種類的醇便可實現(xiàn)對ZnAl2O4織構性能的調(diào)控。該方法制備的ZnAl2O4具有較高的比表面積和熱穩(wěn)定性。將制備的ZnAl2O4尖晶石作為載體,以NaBH4為還原劑,通過簡單的液相還原的方法實現(xiàn)了Ag納米粒子在載體表面的均勻負載。這種Ag／ZnAl2O4負載型催化劑在鄰硝基氯苯的選擇性加氫生成鄰氯苯胺的反應中體現(xiàn)了高的活性,能夠抑制過度加氫生成苯胺反應的進行,具有較高的選擇性。同時載體和Ag之間的強

4、相互作用,抑制了Ag納米粒子的聚集和氧化,提高了催化劑的穩(wěn)定性。
　　 在上述工作的基礎上我們以鋁片作為基體并提供鋁源,采用溶劑熱法在鋁基體表面低溫一步合成了顆粒狀的、棒狀的、以及片狀的鋅鋁尖晶石薄膜。該方法經(jīng)濟、環(huán)保、制備方法簡便且便于規(guī)模化制備,具有十分重工業(yè)應用價值。研究結果表明,薄膜表面的形貌依賴于Zn2+及尿素的濃度。并且通過表面功能化修飾,可得到具有疏水／超疏水性能的薄膜材料。在制備薄膜的基礎上,實現(xiàn)了Ag納米粒子在

5、薄膜表面的均勻負載,并作為結構化的薄膜催化劑用于對硝基苯酚的還原反應。
　　 采用水熱法,以NiFe-LDH為前體,經(jīng)過焙燒和選擇性的溶蝕等處理,在Si基體表面制備出NiFe2O4薄膜材料,通過調(diào)變前體中Ni2+／Fe3+的比例實現(xiàn)對NiFe2O4尖晶石薄膜表面粒徑大小、孔結構等微觀結構的控制,制備出疏水性能、磁學性能可控的功能化的NiFe2O4尖晶石薄膜。
　　 目前傳統(tǒng)液相法在制備具有多級結構的CuO薄膜時往往需要引

6、入表面活性劑,表面活性劑的引入會部分覆蓋CuO納微結構表面的活性位,從而影響其在傳感、場發(fā)射、鋰電等領域的應用。針對上述問題,我們在不引入任何任何表面活性劑和氧化劑的條件下在銅基體表面原位合成了具有三維花狀仿生結構的CuO薄膜。以NaBH4作為堿性試劑和還原劑,實現(xiàn)了CuO薄膜表面納微結構的調(diào)控,并提出了薄膜表面花狀結構可能的形成機理。薄膜表面特殊的納微組裝結構有利于制備疏水／超疏水性CuO薄膜,同時能夠極大的提高其催化降解苯酚的能力。