低維功能氧化物納米材料的合成與性質(zhì)研究.pdf

1、低維金屬氧化物納米材料由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在催化、光電、氣敏、磁性、電化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著極為重要的研究?jī)r(jià)值和廣泛的應(yīng)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(jìn)一步構(gòu)筑功能化的納米結(jié)構(gòu)體系，對(duì)于該類材料進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)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(duì)象，進(jìn)行了液相合成、表面修飾以及相關(guān)性質(zhì)方面的研究，探討了組成、結(jié)構(gòu)及性能的相關(guān)性

2、，分析了結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理。主要內(nèi)容和研究結(jié)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(jià)、無(wú)毒的葡萄糖作為還原劑和結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑，成功地通過(guò)水熱法制備了VO2(B)納米帶，并對(duì)相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究表明當(dāng)V2O5與葡萄糖的物質(zhì)的量的比保持1∶1時(shí)，可在180℃水熱反應(yīng)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(chǎn)物純度

3、高，產(chǎn)量大，利于放大。此外，結(jié)合相似反應(yīng)條件下其他多羥基醇類的對(duì)比試驗(yàn)初步探討了葡萄糖多羥基對(duì)水熱條件下形成VO2(B)帶狀形貌的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用。
　　 2.在室溫常壓下采用簡(jiǎn)便的銀鏡反應(yīng)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(fù)合材料。對(duì)相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)當(dāng)AgNO3溶液濃度保持0.1％時(shí)，Ag納米粒子的負(fù)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(yīng)用于抑菌試驗(yàn)。結(jié)果表明，該復(fù)合材料對(duì)大腸桿菌具有良好的抑菌性能。另外，通過(guò)簡(jiǎn)單的溶膠-凝膠預(yù)處理并結(jié)合水熱合成，成功的制備了形貌良好的Co摻雜VOx-NTs復(fù)合物。發(fā)現(xiàn)當(dāng)Co摻入量較小時(shí)，Co原子能成功的進(jìn)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(dāng)摻Co量≥10 mol％時(shí)，Co原子不能完全有效地進(jìn)入VOx晶格，產(chǎn)品中存在鈷釩復(fù)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(jiǎn)單的超聲化學(xué)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P(yáng)d/Fe3O4復(fù)合材料堿性條件下對(duì)甲醇的催化氧化性能。研究結(jié)果表明，該材料對(duì)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(jìn)一步提高催化性能，對(duì)Pd/Fe3O4合成路線進(jìn)行了改進(jìn)，即對(duì)載體進(jìn)行稀酸預(yù)處理后重新采用化學(xué)還原法構(gòu)筑了Pd/Fe3O4復(fù)合材料。改進(jìn)方法后得到的催化劑與相關(guān)文獻(xiàn)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(guò)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(guò)改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、醇水比例、堿源等試驗(yàn)參數(shù)探討了不同反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物純度、形貌和產(chǎn)率的影響，優(yōu)化了產(chǎn)品合成條件。同時(shí)，考察了產(chǎn)品在不同溶劑中的分散性能和磁性。研究表明，通過(guò)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(duì)較好的分散性，且具有近