無(wú)機(jī)氮化物、碳化物納米材料的化學(xué)合成.pdf

1、氮化硼與碳的晶體結(jié)構(gòu)很相似。自從碳納米管及富勒烯結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，合成BN納米管及富勒烯結(jié)構(gòu)引起人們的極大興趣。過(guò)渡金屬氮化物、碳化物集合了陶瓷和金屬的性質(zhì)，是一類非常富有潛力的耐高溫結(jié)構(gòu)材料、電子材料和催化材料。在對(duì)氮化硼納米管和富勒烯結(jié)構(gòu)以及過(guò)渡金屬氮化物和碳化物的合成、應(yīng)用等方面的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，本論文采用單源前驅(qū)物溶劑熱解法成功地合成了BN納米籠、VN和TiN納米晶；采用金屬鈉溶劑熱還原碳化法合成了Mo2C和ZrC納米晶

2、。此外，采用熔融鹽溶劑熱合成方法成功制備了Mn5Si3納米籠及竹節(jié)狀納米管特殊納米結(jié)構(gòu)；采用前驅(qū)物模板熱分解方法制備了Mn2O3納米晶多孔空心球有序納米結(jié)構(gòu)。論文中取得了一些創(chuàng)新性的成果。 1.以金屬鈉為溶劑，首次在高壓反應(yīng)釜中于400-600℃熱分解單一前驅(qū)物NH4BF4直接合成了新穎的盒狀氮化硼納米籠?；\的尺寸在20-200nm之間，籠壁是由12-16層的多層壁組成，壁厚在4-10nm之間。利用XRD、XPS、FT-IR、T

3、EM和HRTEM等分析測(cè)試手段對(duì)樣品進(jìn)行了分析表征，并探討了氮化硼盒狀納米籠結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理。研究表明，所合成的氮化硼樣品具有很好的熒光發(fā)光性質(zhì)和高溫抗氧化性。 2.設(shè)計(jì)了新穎的單一前驅(qū)物溶劑熱分解與氮化反應(yīng)，在較溫和的條件下分別制備出純相的VN和TiN納米晶。以金屬鈉為溶劑，在高壓反應(yīng)釜中于600℃熱分解NH4VO3直接合成了粒徑為50-150nm的VN納米晶。類似地以金屬鈉為溶劑，在高壓反應(yīng)釜中于650℃熱分解NH4TiF4直

4、接合成了粒徑為30-100nm的TiN納米晶。 3.采用金屬氯化物的鈉溶劑熱還原碳化法成功制備了ZrC與Mo2C納米晶體。通過(guò)無(wú)水ZrCl4、Na和碳納米管之間的反應(yīng)制備了ZrC納米晶體，粒子的平均尺寸約為30-50nm。在碳納米管的模板作用下樣品中同時(shí)存在部分ZrC納米棒，ZrC納米棒直徑為30nm左右，長(zhǎng)度達(dá)幾微米，與原料碳納米管的尺寸接近。以MoCl5和C(石墨或碳納米管)為原料，在金屬鈉溶劑中于500℃反應(yīng)合成了Mo2C

5、納米晶。當(dāng)以微米尺寸的片狀石墨為碳源時(shí)，得到晶粒尺寸為30-100nm的Mo2C納米晶。而以碳納米管為碳源時(shí)，所合成的Mo2C納米晶尺寸為20-50nm。實(shí)驗(yàn)表明所用碳原料對(duì)產(chǎn)物的晶粒尺寸和比表面積有較大的影響。 4.采用Mg2Si與MnCl2熔融鹽溶劑熱合成反應(yīng)于650℃首次成功地制備了Mn5Si3納米籠及竹節(jié)狀納米管特殊納米結(jié)構(gòu)；采用MnCO3微球前驅(qū)物模板熱分解方法成功地制備了Mn2O3納米晶多孔空心球有序納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)