低維功能氧化物納米材料的合成與性質研究.pdf

1、低維金屬氧化物納米材料由于其獨特的物理和化學性質，在催化、光電、氣敏、磁性、電化學和生物醫(yī)學等領域有著極為重要的研究價值和廣泛的應用前景。探索和發(fā)展新的合成方法，獲得具有特定尺寸、形貌、維度的金屬氧化物納米材料，并進一步構筑功能化的納米結構體系，對于該類材料進入實際應用領域有著深遠的影響。本論文以兩類比較重要的金屬氧化物材料——釩氧化物和磁性氧化鐵為研究對象，進行了液相合成、表面修飾以及相關性質方面的研究，探討了組成、結構及性能的相關性

2、，分析了結構形成的機理。主要內容和研究結果如下：
　　 1.發(fā)展了綠色、環(huán)保、快捷的制備亞穩(wěn)態(tài)VO2納米帶的新方法。即采用溫和、低價、無毒的葡萄糖作為還原劑和結構誘導劑，成功地通過水熱法制備了VO2(B)納米帶，并對相關試驗參數(shù)進行了優(yōu)化。研究表明當V2O5與葡萄糖的物質的量的比保持1∶1時，可在180℃水熱反應24h制得形貌均一、晶形良好的帶狀VO2(B)。與制備VO2(B)納米材料的傳統(tǒng)方法比，該法更為溫和、綠色，且產物純度

3、高，產量大，利于放大。此外，結合相似反應條件下其他多羥基醇類的對比試驗初步探討了葡萄糖多羥基對水熱條件下形成VO2(B)帶狀形貌的結構導向作用。
　　 2.在室溫常壓下采用簡便的銀鏡反應首次將納米銀顆粒修飾到釩氧化物納米管上，獲得了粒徑均勻，分散良好的Ag/VOx-NTs納米復合材料。對相關試驗參數(shù)進行了優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)當AgNO3溶液濃度保持0.1％時，Ag納米粒子的負載效果最好。以污水中最為常見的大腸桿菌為例，將優(yōu)化條件下獲得的A

4、g/VOx-NTs應用于抑菌試驗。結果表明，該復合材料對大腸桿菌具有良好的抑菌性能。另外，通過簡單的溶膠-凝膠預處理并結合水熱合成，成功的制備了形貌良好的Co摻雜VOx-NTs復合物。發(fā)現(xiàn)當Co摻入量較小時，Co原子能成功的進入VOx晶格中，摻Co后的樣品仍能保持良好的管狀形貌。然而，當摻Co量≥10 mol％時，Co原子不能完全有效地進入VOx晶格，產品中存在鈷釩復合物納米管和Co3O4微小碎片。上述工作豐富了VOx-NTs的功能化研

5、究。
　　 3.采用簡單的超聲化學還原法，將6-8 nm的Pd顆粒固載在Fe3O4納米空心微球上，并研究了該Pd/Fe3O4復合材料堿性條件下對甲醇的催化氧化性能。研究結果表明，該材料對甲醇氧化表現(xiàn)出明顯的催化效果和較好的催化穩(wěn)定性。為了進一步提高催化性能，對Pd/Fe3O4合成路線進行了改進，即對載體進行稀酸預處理后重新采用化學還原法構筑了Pd/Fe3O4復合材料。改進方法后得到的催化劑與相關文獻和原催化劑相比，催化活性和穩(wěn)定

6、性有了很大提高。
　　 4.在不添加表面活性劑、高分子聚合物的情況下，首次通過混合溶劑熱路線制得了顆粒均勻、粒徑范圍較窄、分散性較好的Fe3O4納米顆粒。通過改變反應溫度、反應時間、醇水比例、堿源等試驗參數(shù)探討了不同反應條件對產物純度、形貌和產率的影響，優(yōu)化了產品合成條件。同時，考察了產品在不同溶劑中的分散性能和磁性。研究表明，通過上述混合溶劑熱路線合成的Fe3O4納米顆粒具有弱的雙親性，在極性溶劑中有相對較好的分散性，且具有近