無機層狀納米材料的液相控制合成與性能研究.pdf

1、本論文在大量文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，總結(jié)了納米材料的結(jié)構(gòu)、制備、形成機理和性質(zhì)應(yīng)用等方面的進展，重點闡明了無機層狀納米材料的水熱、溶劑熱制備，并對其形成機理和性能進行了初步的探討。 在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了表面活性劑輔助水熱／溶劑熱合成路線，制備了VA族銻、鉍單質(zhì)的納米帶，以及它們的花朵狀、放射狀和頁巖狀片層納米結(jié)構(gòu)；獲得了基于納米薄片的氧化鎳空心球。運用水熱淬火的方法制備了羥基氧化鋁和氧化鋁納米纖維。提出了超臨界水熱降解策略處理聚乙烯廢料

2、，通過選擇不同的反應(yīng)參數(shù)，獲得了以介孔碳為代表的多種碳納米材料。經(jīng)對實驗結(jié)果的分析并結(jié)合相關(guān)的文獻報道，探討了這些層狀納米結(jié)構(gòu)的形成機制。此外，還對它們的一些性能進行了研究，如氧化鎳空心球比表面積對其電化學(xué)性質(zhì)的影響和介孔碳的電化學(xué)儲氫能力等。論文中取得了一批創(chuàng)新性成果，主要內(nèi)容概括如下： 1、在聚乙烯醇(PEG)的輔助下，實現(xiàn)了水熱法大規(guī)模合成稻草捆狀銻納米帶束(產(chǎn)量在90％以上)。通過改變PEG的分子量，能夠調(diào)節(jié)所得納米帶束

3、的尺寸。電子顯微照片顯示這些納米帶具有緊密排列的層狀結(jié)構(gòu)，預(yù)期這種層狀結(jié)構(gòu)會在能量儲存上有所應(yīng)用。系統(tǒng)地研究了不同反應(yīng)條件，包括溶劑、還原劑、表面活性劑、反應(yīng)溫度和反應(yīng)物初始濃度對形成銻納米帶束的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了銻納米帶束的可能生長機理：固-液-固(S-L-S)轉(zhuǎn)化和表面活性劑輔助定向生長過程。J.Crystal Growth審稿人評價“該項工作探討了影響銻納米帶束形成的各種因素，尤其是給出了表面活性劑控制銻納米帶生長的直接證據(jù)

4、”。 2、利用溫和條件下的水熱還原反應(yīng)，成功制備了多種銻和鉍的層狀納米結(jié)構(gòu)，達成了由一維/二維結(jié)構(gòu)向三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。通過選擇合適的乳液體系(o/w或w/o)和表面活性劑，很容易實現(xiàn)產(chǎn)物形貌的控制。Aust．J.Chem．審稿人認為“通過設(shè)計恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)參數(shù)，這種表面活性劑輔助水熱乳液路線有望用于合成其他無機層狀材料的復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)”。該項工作引起了國際同行的關(guān)注，Nova Science出版公司來信約稿，為New Developm

5、ents in Crysml GrowthResearch一書撰寫了一章，詳盡闡述了表面活性劑輔助水熱合成銻、鉍納米晶的情況。 3、在聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的輔助下，實現(xiàn)了乙二醇熱法大規(guī)模合成外徑為100納米的氧化鎳(NiO)空心球。這些空心球由厚度為3～5納米的氧化鎳納米薄片組成。通過改變引入PVP的量，可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)氧化鎳空心球的比表面積。一系列對比試驗表明氧化鎳空心球的充放電能力隨其比表面積的增大而加強，所得最大

6、放電容量為823 mAhg<'-1>。在阻隔溫度以下，氧化鎳空心球展現(xiàn)出相當(dāng)大的矯頑力(約1800 Oe)。 4、設(shè)計了一套簡便的水熱一淬火方法用于制備γ-AIOOH納米纖維束，約80％的納米纖維具有二級結(jié)構(gòu)：由直徑在5納米左右，平行排列的納米線構(gòu)成。納米纖維的形成機制可歸結(jié)為γ-AIOOH薄片受到熱應(yīng)力時發(fā)生的劈裂和卷曲，透射電鏡、高分辨透射電鏡和光透射譜都從不同角度闡述了這一機制。通過在500℃煅燒γ-AlOOH，獲得了γ

7、-Al<,2>O<,3>納米纖維束。由于這些納米纖維束的介孔特性，γ-Al<,2展現(xiàn)出了較高的比表面積和孔體積，這使得它們能夠應(yīng)用于催化劑行業(yè)上。J Nanosci．& Nanotechnol．審稿人評價“該項工作提出了一種有趣的方法，用以制備γ-AlOOH納米纖維”。 5、運用超臨界水熱裂解的方法，在550℃成功地將商用聚乙烯薄膜轉(zhuǎn)化為介孔碳(孔壁由不連續(xù)的石墨片層構(gòu)成，厚度3～4納米)。通過選擇不同的反應(yīng)溫度，