納米及介孔金屬氧化物材料新合成方法探索研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)材料,是指三維空間尺度至少有一維處于納米量級(1-100 nm)的材料,包括納米尺寸材料和納米孔材料。當(dāng)納米結(jié)構(gòu)材料的尺寸小到納米量級時,則會表現(xiàn)出獨特的物理化學(xué)性質(zhì),在催化,吸附、分離、傳感、藥物負載、光電等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文分別以Fe3O4納米粒子、介孔-大孔TiO2、有序介孔金屬氧化物(Fe2O3、Cr2O3、In2O3、CeO2、Co3O4、NiO、ITO和Mn3O4)為研究對象,探索其新穎的合成方法、最優(yōu)

2、的調(diào)控路線和調(diào)控機制,實現(xiàn)對尺寸、結(jié)構(gòu)、形貌、晶型及物性的有效調(diào)變,對深入研究材料制備、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系具有重要的意義。本研究主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴分別以β-環(huán)糊精或蔗糖為綠色雙功能促進劑,以廉價的三價氯化鐵為鐵源,成功的制備出粒子尺寸小于20 nm的超順磁性磁鐵礦。磁鐵礦納米粒子的尺寸可隨β-環(huán)糊精或蔗糖濃度的變化而變化。并對整個反應(yīng)過程的機理進行了詳細的研究。β-環(huán)糊精或蔗糖一方面起到綠色還原劑前驅(qū)體的作用,溫和還原三價鐵

3、制備磁鐵礦,且防止制備得到的磁鐵礦再次被氧化。從而使整個制備過程無需純化或保護流程,易于實現(xiàn)。另一方面,β-環(huán)糊精或蔗糖又有包覆劑前體的作用,修飾所制備的磁鐵礦的表面,控制其生長,從而制得尺寸可調(diào)且超順磁性的納米粒子。制備得到的磁鐵礦納米粒子的飽和磁化強度隨粒子尺寸的改變而在一定范圍內(nèi)變化。
　　 ⑵采用簡單易得的細胞作為生物模板,通過生物靈感法成功制備出介孔-大孔多級孔TiO2材料。且其大孔形貌可隨細胞組裝體形貌的改變而變化,

4、分別為具有球狀大孔、桿狀大孔及蠕蟲狀大孔的介孔-大孔TiO2材料。并對其光催化性能進行了詳細的研究,結(jié)果表明將介孔的高比表面積、多的活性位點與大孔的通透、易傳質(zhì)性質(zhì)相結(jié)合,有利于催化性能的提高,且相對納米粒子更有助于回收利用。
　　 ⑶用納米澆鑄法制備有序介孔金屬氧化物材料,首次發(fā)現(xiàn)影響其介孔有序性形貌和結(jié)晶度的熱處理調(diào)變方法及其“遷移機理”。從而可以在大范圍內(nèi)調(diào)變以金屬硝酸鹽為前驅(qū)體納米澆鑄法制備的金屬氧化物材料的介孔有序性和

5、結(jié)晶度。適用的金屬氧化物包括:Fe2O3、Cr2O3、In2O3、CeO2、Co3O4、NiO和Mn3O4。并深入研究了該簡單易行方法背后的“遷移”機理,從而可以對金屬氧化物材料的介孔有序性和結(jié)晶度進行連續(xù)調(diào)變。其金屬氧化物的形貌和結(jié)晶度可以從高結(jié)晶的有序介孔微米級大顆粒調(diào)變到低結(jié)晶甚至無定形的納米粒子。同時,有序介孔Fe2O3的熱處理溫度從600℃降到僅為150℃。
　　 ⑷采用后摻雜納米澆鑄法制備高度有序介孔氧化銦錫(ITO