無機材料的乙醇溶劑熱合成及應用.pdf

1、本論文探索了用乙醇作為溶劑，通過低溫溶劑熱合成一些無機材料，包括過渡金屬氧化物、碳微球材料、金屬氧化物/碳復合材料等。乙醇是除水外最便宜的溶劑，所以在合成化學，特別是溶劑熱合成上被廣泛的用作溶劑，但是在本論文中除作溶劑外，還可以在碘的催化下低溫碳化，作為碳源。在本論文中所用的反應容器是普通的內襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜，這種反應釜在使用時一般不超過200℃。所以在本論文中的合成都是屬于中低溫溶劑熱合成。溶劑熱具有簡單、反應物與溫度都易調

2、控的特點。合成的無機材料主要有以下表征手段：掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDS）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線粉末衍射（XRD）、氮氣吸附脫附（BET）、紅外（IR）、紫外－可見（UV-Vis）、拉曼（Raman）、X射線光電子能譜（XPS）及電化學工作站等。最后根據所合成的無機材料的各自性質的不同分別對其應用做了初步研究。具體工作包括以下幾部分：
　　1、以乙醇為溶劑，以FeCl3·6H2O為溶質，高溫下令其醇解可以得到

3、形態(tài)不同氧化鐵材料，包括核－殼有分層結構的α-Fe2O3。具體研究了時間、濃度、溫度等條件對所合成的α-Fe2O3材料形態(tài)和結構的影響。通過對反應時間的研究給出了可能的形成機理。以核－殼結構的α-Fe2O3為催化劑，研究了苯甲醇氧化制備苯甲醛的催化反應，研究發(fā)現以此氧化鐵為催化劑同時可以提高反應的選擇性和轉化率。若以Fe3+為催化劑時轉化率高，但是選擇性很低，主要生成苯甲酸，若以商業(yè)α-Fe2O3或Fe3O4為催化劑，則轉化率很低。這是

4、因為核－殼結構的α-Fe2O3內部有介孔結構。
　　2、以乙醇為溶劑，以無水FeCl3為溶質，單質碘為催化劑，溶劑熱條件下合成碳微球。乙醇在反應中既做溶劑又作為碳源，是這個反應的特點。乙醇之所以能夠碳化，主要是由于碘的催化，因為通常乙醇若碳化需500℃以上的高溫，正是由于碘的存在，降低了碳化的溫度。本實驗具體研究了反應時間、FeCl3濃度、溫度、含水量及所加入的碘催化劑的量對所合成的碳材料形態(tài)和結構的影響。通過對反應時間及所使用不

5、同醇類作為碳源的的研究，給出了可能的形成機理。除乙醇外，正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、乙二醇等也可以碳化，但是甲醇不能碳化。最后用所合成的碳球作為載體，研究了甲醇的電催化實驗，結果表明，以此碳球為催化劑載體時，可以明顯提高甲醇電催化反應的活性。
　　3、以乙醇為溶劑，以Zn(Ac)2·2H2O為溶質，單質碘為催化劑，溶劑熱條件下合成了ZnO/C復合材料。乙醇在這里同樣既作溶劑又作為碳源。所合成的ZnO/C復合材料中的含碳

6、量與碘催化劑的加入量是有關系的，加入的碘少，則ZnO/C復合材料中的含碳量少，碘量多，則含碳量也增多，最終只能得到直徑在100nm左右的碳球。若再增加碘，則什么沉淀也得不到了。對于不同含碳量的復合材料，分別測試了其在可見光下的光催化降解有機污染物的能力，最后發(fā)現，含碳量在30%左右的復合物微球具有較高的光催化活性。最后給出了形成些復合物的機理。
　　4、以乙醇為溶劑，以鈦酸四丁酯為溶質，單質碘為催化劑，溶劑熱條件下合成了介孔TiO

7、2/C復合材料。乙醇在這里同樣既作溶劑又作為碳源。碘的存在可以促進乙醇的碳化。此復合材料是典型的介孔材料，比表面積為230.0m2/g，孔徑為4.0nm。500℃下在空氣中可以將碳氧化燒掉，這樣所得到的純TiO2的比表面積和孔徑分別為180.0m2/g和5.5nm。此反應提供了無需使用表面活性劑或結構指導劑就可以得到介孔TiO2的方法。將所合成的TiO2/C復合材料做為鋰離子電池的負極材料時，可以得到較高的電池容量和較好的循環(huán)倍率特性。