軟化學(xué)法合成復(fù)合氧化物及其輸運(yùn)性質(zhì)和光催化性能研究.pdf

1、軟化學(xué)法，作為材料制備的一類新手段，因其具有反應(yīng)物的分子尺寸均勻混合、摻雜量的準(zhǔn)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(diǎn)，而受到廣泛的關(guān)注。本文采用軟化學(xué)法合成了兩種具有不同功能的復(fù)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(yùn)性質(zhì)和光催化性能進(jìn)行了研究。目的是為了從不同角度來研究軟化學(xué)法對復(fù)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(guān)系，開發(fā)具有實(shí)用價(jià)值的復(fù)合氧化物功能型材料具有重

2、要意義。
　　采用軟化學(xué)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(jié)構(gòu)和不同性能的復(fù)合氧化物：層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物以及鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鉭酸鹽、鈦酸鹽。研究結(jié)果表明，一方面，利用軟化學(xué)法合成復(fù)合氧化物可使反應(yīng)溫度降低、反應(yīng)時(shí)間縮短，從而減小了能耗；另一方面，元素?fù)诫s變得更加容易，并且可以通過調(diào)變反應(yīng)條件對顆粒的形貌和尺寸進(jìn)行控制，達(dá)到了從最初材料的合成與制備上就對其性能進(jìn)行控制的目的。
　　為了研究軟化學(xué)法對復(fù)合氧

3、化物性能的影響，對所合成復(fù)合氧化物Sm2-2xSr1+2x-2yCa2yMn2O7的輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了研究，尤其關(guān)注了顆粒粒度對磁電阻效應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，隨著粒子尺寸的減小，磁電阻效應(yīng)增大，這與載流子在晶界間的自旋相關(guān)散射有關(guān)。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(xué)法有利于磁電阻材料性能的提高；此外，復(fù)合氧化物Sm1.4Sr1.2Ca0.4Mn2O7具有巨大的磁電阻效應(yīng)，磁電阻MR達(dá)98.55％(88K,5T)

4、，這種巨大的MR對材料的應(yīng)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(yùn)性質(zhì)與二價(jià)堿土金屬的摻雜量有很大的關(guān)系。隨著摻雜量的增加，樣品的電阻率增大，金屬-絕緣體轉(zhuǎn)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(dǎo)致的。此外，對樣品的低溫導(dǎo)電機(jī)制的研究結(jié)果表明，變程跳躍導(dǎo)電機(jī)制起著主導(dǎo)性的作用。此研究結(jié)果對充分理解二維層狀鈣鈦礦錳氧化物的輸運(yùn)性質(zhì)具有一定的參考意義。<

5、br>　　對復(fù)合氧化物NaTaO3光催化性能的研究結(jié)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(dǎo)致的，這就可以通過改變合成條件來提高光催化活性；反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)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(jié)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?yàn)榻Y(jié)晶度提高，意味著缺陷的減少，進(jìn)而降低電子-空穴對復(fù)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(dá)27.92μmol·h-1·gcat-1。能帶結(jié)構(gòu)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(zhì)態(tài)，壓縮了禁帶寬度，因此