軟化學法合成復合氧化物及其輸運性質和光催化性能研究.pdf

1、軟化學法，作為材料制備的一類新手段，因其具有反應物的分子尺寸均勻混合、摻雜量的準確控制、多組分體系的高純度合成、形貌和顆粒大小可控等諸多優(yōu)點，而受到廣泛的關注。本文采用軟化學法合成了兩種具有不同功能的復合氧化物材料：磁電阻材料和光催化劑材料，并分別對其輸運性質和光催化性能進行了研究。目的是為了從不同角度來研究軟化學法對復合氧化物合成及性能的影響。本研究將對深入理解合成工藝與材料性能之間的關系，開發(fā)具有實用價值的復合氧化物功能型材料具有重

2、要意義。
　　采用軟化學法中的溶膠-凝膠法和水熱與溶劑熱法分別合成了兩類具有類似結構和不同性能的復合氧化物：層狀鈣鈦礦結構錳氧化物以及鈣鈦礦結構的鉭酸鹽、鈦酸鹽。研究結果表明，一方面，利用軟化學法合成復合氧化物可使反應溫度降低、反應時間縮短，從而減小了能耗；另一方面，元素摻雜變得更加容易，并且可以通過調變反應條件對顆粒的形貌和尺寸進行控制，達到了從最初材料的合成與制備上就對其性能進行控制的目的。
　　為了研究軟化學法對復合氧

3、化物性能的影響，對所合成復合氧化物Sm2-2xSr1+2x-2yCa2yMn2O7的輸運性質進行了研究，尤其關注了顆粒粒度對磁電阻效應的影響。研究結果表明，隨著粒子尺寸的減小，磁電阻效應增大，這與載流子在晶界間的自旋相關散射有關。與固相法相比，利用溶膠-凝膠法制備的樣品顆粒較小，因此，軟化學法有利于磁電阻材料性能的提高；此外，復合氧化物Sm1.4Sr1.2Ca0.4Mn2O7具有巨大的磁電阻效應，磁電阻MR達98.55％(88K,5T)

4、，這種巨大的MR對材料的應用具有重大意義。
　　通過對Sm2-2xSr1+2x-2yCa2yMn2O7性能研究發(fā)現(xiàn)，樣品的輸運性質與二價堿土金屬的摻雜量有很大的關系。隨著摻雜量的增加，樣品的電阻率增大，金屬-絕緣體轉變消失。這是由于化合物中巡游電子數(shù)量的減少和雙交換作用減弱而導致的。此外，對樣品的低溫導電機制的研究結果表明，變程跳躍導電機制起著主導性的作用。此研究結果對充分理解二維層狀鈣鈦礦錳氧化物的輸運性質具有一定的參考意義。<

5、br>　　對復合氧化物NaTaO3光催化性能的研究結果表明，與高溫固相法相比，利用水熱法合成的光催化劑材料具有更高的光催化活性，這主要是由于采用水熱法所制備的粒子具有更大的比表面積而導致的，這就可以通過改變合成條件來提高光催化活性；反應時間、反應溫度和堿的濃度都對催化活性具有較大的影響。研究還發(fā)現(xiàn)，結晶度而不是比表面積成為決定NaTaO3光催化活性的最重要的因素，這是因為結晶度提高，意味著缺陷的減少，進而降低電子-空穴對復合的幾率，從而

6、提高光催化活性。這為開發(fā)新型高效的光催化劑提供了很好的思路。
　　光催化研究的最終目標是開發(fā)可見光光催化劑，因此，采用溶劑熱法對SrTiO3催化劑進行了過渡金屬元素Cr、Fe摻雜。研究發(fā)現(xiàn)，對只具有紫外光吸收的光催化劑SrTiO3進行過渡金屬摻雜后，催化劑具有可見光催化活性，并且提高了光催化活性，使制氫速率達27.92μmol·h-1·gcat-1。能帶結構分析表明，這種改性主要是由于在帶隙的中部出現(xiàn)了雜質態(tài)，壓縮了禁帶寬度，因此