燒綠石型稀土鋯酸鹽的制備、結構及催化性能研究.pdf

1、制備新型納米及亞微米級材料是當今材料領域研究的熱點之一。本文以具有高化學穩(wěn)定性、高催化活性的燒綠石型稀土鋯酸鹽(Ln2Zr2O7)為研究對象，通過尋求綠色的合成手段，在相對溫和的環(huán)境中獲得尺寸小、分散性好的納米材料。本文將軟化學法運用到其制備過程中，制備出了系列Ln2Zr2O7為基礎的納米復合材料，研究了其結構、形貌以及催化性能等，主要內(nèi)容如下： 采用了兩種軟化學法(硬脂酸法和鹽助甘氨酸燃燒法)以及鹽助固相法，均在較低的溫度下合

2、成了系列Ln2Zr2O7(Ln=La，Nd，Sm，Eu，Dy，Er)，系統(tǒng)研究了Ln對Ln2Zr2O7晶體結構的影響。對不同方法制備Ln2Zr2O7的反應歷程進行了探討，并對其影響因素進行了詳細的研究。結果表明鹽助甘氨酸法所制得產(chǎn)物的分散性最好，粒子分布均勻，平均粒徑在20 nm左右。對硬脂酸法所制備的Ln2Zr2O7系列產(chǎn)物的光催化活性進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)，合成的產(chǎn)物均有好的光催化活性，Ln對Ln2Zr2O7系列的催化活性有較大的影響

3、，其光催化活性的順序為Dy2Zr2O7>Nd2Zr2O7>Er2Zr2O7>Sm2Zr2O7>La2Zr2O7。而且，在這個體系中隨著原子序數(shù)的增加，Ln2Zr2O7(Ln=La，Nd，Sm，Dy,Er)納米晶的光催化活性變化趨勢與稀土金屬陽離子Ln3+磁矩的變化趨勢一致。說明Ln3+的磁矩與Ln2Zr2O7納米晶的光催化活性有較好的相關性。通過對三種方法所制備材料的光催化性質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)鹽助固相法所得產(chǎn)物的催化活性最強，可能是由于相

4、對于其他兩種方法，本方法所制備產(chǎn)物的結晶性最差，粒子表面無序性強，因而催化活性最強。 系統(tǒng)研究了Ln位部分取代的LnxLn'2-xZr2O7系列化合物的制備及光催化性能，采用軟化學法-硬脂酸法及鹽助甘氨酸燃燒法，制備了系列LnxLn'2-xZr2O7(Ln=La,Nd，Sm，Eu，Dy，Er)納米晶。結果表明，Ln位置可以被其他鑭系元素取代，而不改變其晶型。Ln'實際上代替了Ln摻雜進入其晶格中，產(chǎn)物為單一晶相的固溶體。不同的制

5、備方法對所制得產(chǎn)物的結晶性、分散性等均有較大的影響，因而產(chǎn)物的性質(zhì)也有所不同。通過鹽助甘氨酸法制備了高分散的，粒度分布均勻，粒子尺寸約15～30 nm的LnxLn'2-xZr2O7系列化合物。并對產(chǎn)物的熒光性質(zhì)及光催化性能進行了系統(tǒng)研究。 采用鹽助甘氨酸法合成了Zr位部分取代的燒綠石型Ln2SnxZr2-xO7(Ln=La,Nd，Sm，Eu，Dy,Er)系列化合物。XRD結果表明，Zr位可以被其他四價元素置換，Sn部分取代Zr摻

6、雜進入晶格中，合成產(chǎn)物為單一晶相的燒綠石型化合物。并通過紅外和拉曼研究了其精細結構的變化。電鏡結果表明此法合成的Ln2SnxZr2-xO7納米晶為高分散的立方結構的晶體，晶體形貌規(guī)整，尺寸在20～50nm。并對不同煅燒溫度、不同摻雜量的產(chǎn)物的熒光活性進行了研究。采用溶膠-凝膠法，通過將TiO2、ZrO2、SnO2等活性氧化物對Ln2Zr2O7進行改性，制備了系列以Ln2Zr2O7為基的復合材料。并對其光催化性能進行了研究。結果表明，復合