錳、鈦氧化物納米結(jié)構(gòu)材料的制備和表征.pdf

1、金屬氧化物納米材料具有廣泛的用途。錳氧化物作為一種重要的材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電極材料、催化材料、磁性材料等方面。二氧化鈦是一種重要的功能材料,可以用來設(shè)計(jì)制造染料敏化太陽能電池、光催化裂解水制氫,可以降解水和大氣中的有機(jī)污染物以及有害氣體,是一種理想的環(huán)境凈化材料。本論文主要研究錳氧化物納米結(jié)構(gòu)材料、多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米材料以及具有特殊形貌的二氧化鈦納米材料,本論文主要內(nèi)容概括為如下五點(diǎn)： 1.二氧化錳材料的微觀形貌對于其應(yīng)用

2、有重要意義。在120℃水熱條件下,以過硫酸銨氧化硫酸錳,通過改變反應(yīng)時(shí)間得到不同形貌的MnO2。反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)得到實(shí)心γ-MnO2微球；2 h時(shí)得到的是由放射狀納米線構(gòu)成的海膽狀球形MnO2,此時(shí)主要晶相為γ-MnO2,α-MnO2開始出現(xiàn)；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間增加到4 h,同樣得到了納米線組成的MnO2球,此時(shí)所得到的納米線比反應(yīng)2 h所得產(chǎn)物更長,反應(yīng)4小時(shí)后產(chǎn)物中γ-MnO2相減少,開始出現(xiàn)β-MnO2;當(dāng)反應(yīng)時(shí)間增加到24 h,

3、得到的產(chǎn)物呈現(xiàn)復(fù)雜形貌,如殼-核形貌,還有由納米線組成的半殼狀形貌,產(chǎn)物主要是β-MnO2,僅有少量的α-MnO2;反應(yīng)48小時(shí)后得到了純相的β-MnO2納米線,納米線的直徑約為10-20 nm,平均長度約為500 nm。在這一過程中,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長,γ-MnO2逐漸向β-MnO2轉(zhuǎn)變,其間有少量的α-MnO2產(chǎn)生,最后生成β-MnO2的純相。MnO2實(shí)心微球在Ostwald-Ripening效應(yīng)作用下,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭招那?最后轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

4、β-MnO2納米線。 2.用氨基酸做晶體生長的修飾劑,以MnCl2·4H2O和草酸鈉為原料得到草酸錳,在水熱合成的過程中用氨基酸控制草酸錳的形貌,加熱分解前驅(qū)體草酸錳后其多級結(jié)構(gòu)的形貌能夠保持,產(chǎn)品的晶型可以通過焙燒溫度來控制。在330℃焙燒后得到具有蠕蟲孔結(jié)構(gòu)的無定形MnO2,BET表面積為276 m2/g;焙燒溫度提高到400℃后得到Mn2O3晶體,比表面積為188 m2/g。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明多孔無定形MnO2的第一次放電容量

5、為209 mAhg-1,Mn2O3的初次放電容量是185mAhg-1。合成中使用不同種類的氨基酸對產(chǎn)物的形貌具有不同的控制作用。 3.在180℃的水熱條件下以蘋果酸還原高錳酸鉀,當(dāng)高錳酸鉀和蘋果酸的摩爾比為1:1時(shí),制備合成了Mn2O3橄欖形空心結(jié)構(gòu)的新穎形貌。該空心結(jié)構(gòu)的殼表面呈篩網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),殼厚約50納米。當(dāng)高錳酸鉀和蘋果酸的摩爾比為5:2時(shí),制備合成了Mn2O3納米線,這種納米線的直徑約為100納米,長度可以達(dá)到4微米。

6、 4.對介孔材料的結(jié)構(gòu)、組成、形貌控制、穩(wěn)定性等方面的研究具有重要意義。以檸檬酸為絡(luò)合劑,控制鈦酸丁酯在乙醇-氨水溶液中的水解過程,簡便地合成了具有大孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。大孔結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性較高,經(jīng)800℃焙燒后仍然完美保持。將95％的乙醇溶液中的乙醇,換為異丙醇,不能得到產(chǎn)率高的大孔結(jié)構(gòu),結(jié)果表明溶劑對大孔結(jié)構(gòu)的形成有影響。不加有機(jī)酸和氨水而其它反應(yīng)條件不變時(shí)得到的產(chǎn)物為0.5 um-2.5 um的微球,比表面積為500 m2/g,不