鉍銅鉻復合氧化物納米粉體材料的濕化學法合成研究.pdf

1、近年來，核殼型復合納米材料引起了人們廣泛關(guān)注。核殼型復合納米材料具有高穩(wěn)定性、高催化活性、形貌和尺寸均勻、成份與結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)點，可實現(xiàn)不同成分在納米尺度上的充分有效耦合，能被人為設(shè)計和可控制備以滿足許多特定的應(yīng)用要求。氧化鉍(Bi<,2>O<,3>)和銅鉻復合氧化物(Cu-Cr-O)在催化劑、電子陶瓷以及固體電解質(zhì)等重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本論文在合成球形單分散納米Bi<,2>O<,3>和Cu-Cr-O均勻復合納米材料的基礎(chǔ)上，制備了球

2、形單分散Bi<,2>O<,3> ＠Cu-Cr-O新穎核殼復合納米材料，并研究了該材料的催化性能。主要內(nèi)容分為以下幾部分： 第一部分，通過控制沉淀法成功制備了球形單分散的Bi<,2>O<,3>納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)合成的納米Bi<,2>O<,3>為單斜α和三斜ω兩相混合物，常溫下穩(wěn)定，且儲存六個月以上不團聚，文獻少見報道；實驗中，通過添加不同類型的分散劑，同時控制一定的反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時間以及反應(yīng)溫度等工藝參數(shù)，在一定范圍內(nèi)可調(diào)控所合

3、成Bi<,2>O<,3>納米顆粒的形貌和尺寸。根據(jù)經(jīng)典的DLNO理論分析了單分散Bi<,2>O<,3>納米粒子的形成機制。 第二部分，用配合-共沉淀法成功制備了Cu-Cr-O均勻復合納米材料。先用氨水配合Cu<'2+>離子得到藍色透明均勻溶液，然后加入可溶性鉻鹽，讓Cr<'3+>離子與氨合銅離子一起沉淀，得到銨合銅鉻復合物作為前驅(qū)體。根據(jù)熱分析(TG-DTG和DTA)數(shù)據(jù)，利用V. Satava固體熱分解動力學方程推算了所合成前

4、驅(qū)體的熱分解機理和結(jié)晶溫度。前驅(qū)體一定溫度煅燒得到Cu-Cr-O均勻復合納米材料。通過改變?nèi)芤旱膒H值來調(diào)控最終Cu-Cr-O復合納米材料的成分組成與晶體結(jié)構(gòu)。 第三部分，在前面兩部分工作基礎(chǔ)上，以實驗所制備球形單分散Bi<,2>O<,3>膠體納米粒子為基底，利用OH<'->和NH<,4><'+>，NH<,4><'+>和Cu<'2+>，以及[Cu(NH<,3>)<,4>]<'2+>與[Cr(OH)<,4>]<'->間的相互作用力

5、，采用定向沉積法，創(chuàng)新制備了球形單分散Bi<,2>O<,3>＠Cu-Cr-O核殼復合納米顆粒。核殼復合納米顆粒的尺寸以及殼層的厚度可以通過改變原料中Cu-Cr-O與Bi<,2>O<,3>的比例來調(diào)控。機理分析表明，包覆前先對Bi<,2>O<,3>粒子進行表面銨根離子功能化是形成均勻核殼納米結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。 第四部分，通過紫外可見吸收光譜研究了所合成球形單分散Bi<,2>O<,3>@Cu-Cr-O核殼復合納米材料的帶隙，發(fā)現(xiàn)該材料可成

6、功實現(xiàn)Bi<,2>O<,3>和Cu-Cr-O兩種成分在納米尺度上的有效偶合，通過改變殼層(Cu-Cr-O)的包覆厚度可以達到有效調(diào)控材料能帶結(jié)構(gòu)的目的。研究了所制備球形單分散Bi<,2>O<,3>@Cu-Cr-O核殼復合納米材料對CO催化氧化以及對含高氯酸銨(AP)改性固體推進劑的催化燃燒性能，發(fā)現(xiàn)其催化活性明顯優(yōu)于相應(yīng)的單組分材料，特別是當殼層(Cu-Cr-O)與核層(Bi<,2>O<,3>)的尺寸比例為1：4時催化效果最佳。