张元广[1]2006年在《水热体系中氧化物合成与取向生长的机理研究》文中认为本论文旨在借助水热方法，设计液相化学反应线路，开展金属氧化物的合成与取向生长研究。利用现代分析手段，对所合成氧化物进行了物相、微结构和性质等方面的表征，并对其形成过程加以探索。通过对氧化物晶体结构和晶体生长动力学因素的综合分析，作者建议了有关氧化物晶体合成与取向生长的可能机理。论文的主要工作总结如下： 1、综述了水热合成技术，材料表征及常规的性能研究分析手段，对水热法在功能材料合成领域中的应用以及水热法合成功能材料的发展趋势给予概括性描述。 2、在没有表面活性剂或模板参与下，以高锰酸钾(KMnO_4)为锰源，氯化铵(NH_4Cl)为还原剂，低温水热合成了单晶MnOOH微米棒。讨论了反应温度和铵盐种类对MnOOH微米棒合成的影响，并由此提出了MnOOH单晶微米棒形成的可能机理。在此基础上，以六次甲基四铵[N_4(CH_2)_6]替代氯化铵为还原剂，利用同样的水热过程，得到了MnOOH纳米棒。此外，以合成的MnOOH单晶微米棒为前驱物，经锻烧，制备了单晶β-MnO_2微米棒。 3、通过改变水热反应条件，控制合成了不同形貌(如海胆状、球状、准立方块状等)的Co_3O_4晶体。讨论了反应温度、反应时间、表面活性剂和钴盐等对Co_3O_4晶体形貌的影响。探索了准立方块状Co_3O_4晶体和Co_3O_4空心球的形成过程，并推测了它们可能的形成机理。 4、在水热体系中，以磷酸(H_3PO_4)为沉淀剂，利用Mn(NO_3)_2的自身氧化还原反应，生长了直径为0.1—0.66μm，长度达几微米的MnPO_4·H_2O单晶棒。探讨了反应温度、反应时间以及磷酸盐种类对棒状MnPO_4·H_2O单晶生长的影响。从其晶体结构和生长动力学二方面，分析了MnPO_4·H_2O单晶生长的可能机理。 5、对CdWO_4的晶体结构分析表明，其(010)和(001)晶面有较多的负电荷积累，(100)晶面有较多的正电荷积累。溶液中不同类型的表面活性剂，在其特定晶面上的吸附作用是不相同的，以至于能改变其特定晶面的表面能，从而影响CdWO_4晶体的生长方向和形貌。基于以上分析，我们在实验中，分别采用了阳离子表面活性剂CTAB和阴离子表而活性剂SDBS来参与CdWO_4晶体的制备研究。结果表明，在
王立明[2]2003年在《水热法合成氧化物晶体》文中提出氧化物晶体是晶体家族中的重要分支，由于其具有优良的光学、电学和机械性能，被广泛应用于科学技术和工业的各个领域。随着科学技术的发展，氧化物晶体制造技术水平越来越高，新的氧化物晶体不断被合成，新的性能也不断被发现。含有少量杂质的刚玉晶体(α-Al_2O_3)不仅由于其色泽艳丽成为人们珍爱的名贵宝石，而且由于它具有的优异性能，被广泛应用于电工、机械、激光器，光学器件和半导体衬底材料。钛蓝宝石是目前最优异的固体宽带调谐激光材料，用于制作飞秒脉冲可调谐激光器。氧化锌晶体是直接带隙宽禁带半导体材料(禁带宽度3.37ev)，现已发现具有室温下受激发射特性，有可能实现室温下半导体紫外发光。 本文采用水热法合成了α-Al_2O_3和ZnO晶体，通过改变温度和矿化剂条件研究了水热条件下温度和矿化剂对α-Al_2O_3和ZnO晶体合成的影响；在此基础上通过掺杂致色元素，合成了蓝色蓝宝石、钛蓝宝石，并研究了Fe、Ti等致色离子对蓝宝石晶体界面形态和质量的影响，分析了蓝宝石的致色原因。 本文通过研究合成条件对合成晶体的影响，获得了大量的有关合成掺杂α-Al_2O_3和ZnO晶体的实验数据。论文的完成将对进一步完成生产性工艺和探索水热合成反应动力学过程有重要的指导意义。
范江华[3]2015年在《基于碳纳米管复合材料的超级电容器研究》文中研究表明超级电容器因具备高比电容、高功率密度、绿色环保、循环寿命长等特点而受到全球科研工作者的广泛关注。其中,工作电极是超级电容器的重点组成部分,而电极性能的好坏则由电极材料和制备工艺决定。本文从制备具有高比电容的电极材料出发,分别运用不同方法制备了氧化锰、碳纳米管/氧化锰、氧化钴、碳纳米管/氧化钴电极材料,采用X射线衍射、电子扫描电镜、X射线能谱仪等测试手段对材料成分进行了物相分析及表面形貌表征分析,通过计时电位法、循环伏安等测试方法讨论分析了所制备材料作为超级电容器的电化学特性,主要工作内容与结论如下:1、研究了温度对MnSO4和KNO3熔盐反应体系产物价态、晶体表面形貌以及电化学性能的影响。所制备出MnO2材料比Mn3O4材料的比电容高57.7%;在MnO2材料中加入CNTs能够使MnO2材料的内阻以及导电性能有所改善,测得的CNTs/MnO2复合电极的比电容为141.2F/g,比MnO2电极的比电容增加了51.5%。2、对水热法不同温度合成的材料进行了成分形貌分析与电化学性能测试,结果表明在一定温度范围内,随着温度的提升,晶化程度不断提高,同等条件下水热法于150℃制备的针状MnO2比电容最高,达到97.7F/g;水热法合成的CNTs/MnO2复合电极的比电容为181.2F/g,比MnO2比电容提高了85.5%,比熔盐法制备的CNTs/MnO2复合电极比电容提高了28.3%。3、水热法制备的Co3O4电极在叁电极体系下以6mol/L的KOH为电解质在10mA/cm2电流密度下测得的比电容为93.5F/g;在Co3O4先驱体反应体系中加入CNTs和活化剂CTAB制备出的CNTs/Co3O4复合材料呈现包覆结构,分布均匀,空隙丰富,团聚现象减轻,在10mA/cm2电流密度下测得的比电容达179.1F/g,比Co3O4电极提高了91.5%。4、熔盐法、水热法制备的MnO2电极、Mn3O4电极以及CNTs/MnO2电极以Na2SO4为电解质,通过循环伏安测试表明其比电容主要通过吸附/脱附电子类型的赝电容来获得,而水热法合成的Co3O4电极和CNTs/Co3O4电极以KOH为电解质则主要是通过氧化还原反应类型的赝电容效应来获得比电容。
高春梅[4]2008年在《可见光响应Bi_2WO_6光催化剂的合成及其光催化性能研究》文中研究指明本文简要地概述了半导体光催化技术的原理，影响半导体光催化剂光催化性能的主要因素和半导体光催化剂的改性技术；对目前国内外多元氧化物半导体的研究进展和半导体光催化技术在环境净化方面的应用进行了较为详细地综述。在此基础上，确定了以Bi_2WO_6光催化体系作为研究对象，旨在通过新的合成方法或合成原料，来优化控制Bi_2WO_6的形貌，并探究其光催化降解有机物的性能，为可见光响应Bi_2WO_6光催化剂的理论研究和实际应用提供指导。本文通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外可见漫反射谱(UV-vis DRS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)及比表面积和孔径测定(BET)对所制备样品进行了表征。本文采用熔盐法和水热法成功地合成出不同形貌的Bi_2WO_6粉体，并与传统固相反应法制得的粉体作对比。通过光催化降解甲基橙对样品的可见光(λ>400 nm)催化性能进行研究。实验结果表明：水热法合成的样品具有最高的可见光催化活性，熔盐法其次，固相反应法的最低。这是因为水热法制得的粉末样品具有最小的晶粒尺寸和最高的比表面积。粒径越小，电子和空穴的复合几率就越小，光催化活性越高；比表面积越大，反应面积就越大，有机物的吸附能力也越强，光催化活性越高。熔盐法合成样品所需温度(350℃)远远低于固相反应法所需温度(900℃)，这是由于盐熔体的形成，使反应成分在液相中的流动性增强，不仅大大提高了反应物的活性，还扩大了反应接触面积。熔盐法的反应过程以及随后的清洗过程，有利于杂质的消除，形成高纯的反应产物。因此，熔盐法不失为合成高纯的符合化学计量比的多组分氧化物粉体最简单的方法。本文通过调节水热沉淀前驱体的pH值对水热合成Bi_2WO_6粉末样品的形貌进行调控。随着pH值从1增加到7，Bi_2WO_6由叁维的花球状结构逐渐向二维的片状结构转变，光催化活性随之降低。选用不同的表面活性剂(聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，已二胺四乙酸(EDTA)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS))实现了Bi_2WO_6纳米结构的可控自组装，并对其合成的机理和光催化活性进行了探讨。通过添加PVP，EDTA，SDBS，分别合成出了球状、圆片状和绣球状的Bi_2WO_6粉末样品。圆片状Bi_2WO_6纳米结构的形成主要有3个步骤：首先，反应条件的剧烈变化使结晶作用加剧，生成大量细小的Bi_2WO_6纳米晶，而后这些纳米晶结晶成为具有单晶结构的Bi_2WO_6纳米片，这些尺寸很小的Bi_2WO_6纳米片再进行自组装，形成具有圆片状的单元。为了进一步了解光催化降解甲基橙的过程，对水热反应产物降解甲基橙溶液的机理进行了初步探索；考察了光催化降解的最佳进行条件和Bi_2WO_6光催化剂的稳定性。
马杰[5]2008年在《稀土钒.硼.磷酸盐纳米材料的固相水热法构筑及其发光性能研究》文中研究说明稀土含氧酸盐作为一类重要的功能性材料被广泛的研究和开发。随着纳米科技的发展,如何构筑此类物质的纳米结构材料也已成为一个研究热点。本论文首先探索和建立了一种简单的、温和的、绿色的、经济的构筑方法——固相水热法(Solid phase hydrothermal route,S-HT)或称为氧化物水热法(Oxides-Hydrothermal Method,O-HT)。它与经典的水热法的最主要的区别在于:O-HT路线选择的反应前驱体均为常温下不溶于水的氧化物,后者一般选用的反应前驱体是溶于水的稀土盐类。和后者相比其优点表现在:成本低、简化了工艺、无副产物、减少了环境污染,晶体的缺陷和杂质离子的污染少。利用稀土氧化物和五氧化二钒为前驱体经O-HT路线成功地构建了多种稀土正钒酸盐纳米结构材料。首次实现利用常态下不溶于水相的物质以水为介质的水热合成反应,证实了O-HT路线的可操作性。研究了体系的温度、时间、添加剂、酸度对产品的晶型、生长状况及形貌的影响;在O-HT反应体系下,实现LnVO_4纳米材料晶相和形貌的控制;实验发现利用红外光谱可以辅助判定LaVO_4的晶相类型;提出了稀土钒氧化合物在氧化物水热合成体系中的自磨-水解-结晶生长机制(Self-Milling Hydrolysis Crystallized Mechanism,SMHCM)及添加剂控制下的溶解-结晶机制;研究了YVO_4和Eu~(3+)掺杂的LaVO_4的荧光性能。在上述研究的基础上,在无任何助剂的条件下,又以稀土氧化物和叁氧化二硼为原料经O-HT路线构筑了系列的稀土正硼酸盐棒、束或片状纳米材料,探讨了其合成条件。首次构建出多层自组装的纳米片状稀土正硼酸盐纳米材料(厚度大约50 nm,直径可达10-13μm),并证实硼酸钕具有不同于通常报道的六方相晶体结构;详细地考察了影响六方相硼酸钕纳米片状晶体生长和形貌的包括温度、时间、填充度和酸碱度等多种因素,热不可逆相变化特征,以及其形成因素;考察了六方相稀土硼酸盐纳米材料的构建的难易程度与稀土离子半径的递变规律;得到经O-HT路线合成硼酸铒和硼酸钇纳米材料的条件;通过稀土掺杂过程可以实现加速或减缓晶体生长的速率;探讨了Sm~(3+)和Dy~(3+)掺杂的LaBO_3纳米棒的荧光性能;揭示了合成稀土正硼酸在O-HT体系中的两步骤反应机制。对O-HT路线进行了有益的拓展,利用稀土氧化物与五氧化二磷或磷酸为前驱体、不控制溶液的酸碱度、无任何助剂的条件下合成了系列稀土正磷酸盐纳米棒(直径约为20-30 nm,长径比达400-500)和纳米粒子,探讨了温度、时间、P/La摩尔比、添加剂或溶剂对产品的晶相、尺寸及形貌的影响。在所考察的温度范围内,首次展示密闭的含水体系P/La摩尔比(≥1)对产品晶相没有影响,但是对产品的形貌有重要影响:首次展示了溶剂的变化对产品的形貌有重要影响;合成系列Sm~(3+)和Dy~(3+)掺杂的LaPO_4纳米棒;揭示了O-HT路线下,稀土磷酸盐REPO_4(RE=La—Dy)由六方相含水晶相向单斜无水相转变的生长过程。叁类稀土无机化合物纳米材料经O-HT路线的成功获得,可以预见O-HT法不仅具有重要的研究价值和广泛的适用性,也具有广阔的应用前景。
陶萍芳[6]2008年在《水热法合成无机半导体纳米材料及其掺杂稀土发光纳米材料》文中进行了进一步梳理水热溶剂热制备技术是一种设备简单、操作容易的常用制备手段。该法的主要优势在于多数材料能够在临近临界点的加热加压系统下,在一种适宜的溶剂中溶解。自Heath及其合作者开拓了利用溶剂热法制备半导体纳米线的新方法之后,这种方法就被广泛的用于一维和空心纳米结构材料的合成与研究工作。因此,我们选择水热法作为我们的制备手段。本论文研究的主要目在于通过简单的水热法,探索合成不同的无机半导体纳米材料和稀土发光材料,通过对反应产物的各种测试表征结果进行分析,结合一些常见的生长机制,提出合理的模型来解释合成的纳米材料的生长机制;同时,对合成的纳米材料进行了性能测试,以期待制备的材料具有特别的物理性质。论文的主要内容介绍如下:第一章简单介绍了纳米材料及其发展过程,叙述了纳米材料的性质、制备方法、表征手段以及稀土发光材料的研究进展。对纳米材料的合成现状进行了概述,重点介绍了水热法在纳米材料的合成中的应用。第二章简单介绍了通过无模板和表面活性剂技术,用水热法成功的制备了碲化银纳米管。制备的样品用X-射线粉末衍射(XRD),场发射扫描电镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X-射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱表征。探讨了碲化银晶型转变。并基于低温β-碲化银内在的晶体结构提出了卷曲机理来解释碲化银纳米管的形成过程。拉曼光谱分析表明,样品显示出有趣的拉曼散射增强现象。第叁章主要是采用简单的溶液-液相-固相(SLS)方法,一步合成了围绕金属Sn核垂直生长出一层In(OH)3纳米棒的蒲公英状核壳微球(Sn@[In(OH)3纳米棒])。微球的直径约2.5微米,Sn核粒的直径约为1-1.5微米。外层围绕锡核生长的In(OH)3纳米棒直径约为100nm,长约为1-2微米。利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量色散X-射线(EDS)等对产物的成分、结构、形貌及大小进行各种测试表征。并初步探讨了Sn@[ In(OH)3纳米棒]微球的形成机理。实验结果表明,采用溶液-液相-固相法(SLS)成功的合成了Sn@[In(OH)3纳米棒]核壳微球,该方法不同于使用合金小液滴的SLS合成法,有望拓展合成其它的核壳异质结构。第四章简单的介绍了采用水热法,用不同的物质为原料,成功的合成了长度为4-15μm,宽度为80-500nm(大部分在100-200nm之间)的S掺杂的Y(OH)3纳米带;长度为6-15μm,宽在50-300nm之间的S掺杂的Y(OH)3:Eu3+纳米带;以及不同形貌的Yb3+/Er3+离子对共掺杂的NaYF4微晶管。S掺杂的Y(OH)3:Eu3+纳米带脱水之后可得到具有光致发光(性能)的S掺杂的Y2O3:Eu3+纳米带,我们研究了S掺杂的Y2O3:Eu3+纳米带和Yb3+/Er3+离子对共掺杂的NaYF4微晶管的光致发光性能,结果表明,我们成功获得了具有特殊的发光性能的光致发光样品S掺杂的Y2O3:Eu3+纳米带以及Yb3+/Er3+离子对共掺杂的NaYF4微晶管。第五章,主要是对本论文的工作进行了总结和展望。提出了本实验工作函待改进的几个方面。
董伟霞[7]2013年在《钙钛氧化物微纳结构的水热法制备、微结构与性能研究》文中研究说明钙钛氧化物具有成本低廉、无毒无害,其纳米结构因具有独特的物理化学性质在催化领域、电工程和生物等方面的潜在应用而备受关注。研究钙钛氧化物纳米材料的可控制备、微结构与性能之间的关系,对于探索新现象、扩展新应用具有重要的研究价值和理论意义。本论文在对相关领域进行文献总结的基础上,针对钙钛氧化物微纳结构的可控合成难和传统纳米粉末光催化剂易团聚等问题,系统研究了钙钛氧化物微纳结构的水热合成条件,获得了一系列的钙钛氧化物微纳结构,实现了形貌可控制备。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱和原子力显微镜(AFM)等分析手段研究了钙钛氧化物微纳材料的结晶行为、微观结构与性能之间的关系。主要研究结果如下：研究了pH值对钙钛氧化物的晶相和微观形貌的影响规律。发现当pH≤6时,一维(1D)CaTi2O5(?)米棒或梭状结构被获得；当pH=8时,产物为二维(2D)CaTi2O4(OH)2纳米片形貌；继续增加pH≥9,产物为叁维(3D) CaTiO3晶相,形貌经历了聚集长方体、枝晶结构和背包型的变化过程。以上所有晶相都在不添加表面活性剂或模板的条件下,通过一步水热法所获得。另外,研究了Ti源、Ca/Ti摩尔比和水／乙醇体积比、矿化剂种类和强碱浓度对钙钛氧化物的影响。发现反应体系中的矿化剂种类和强碱浓度对钙钛氧化物的晶相和形貌占主导地位。给出了不同工艺参数下所制备的钙钛氧化物结构的制备机理。系统地研究了蝴蝶状枝晶和纳米片自组装3D CaTiO3结构的影响条件及在不同生长条件下的生长机理。CaTiO3蝴蝶状枝晶表现为一种复杂但又有取向性的叁维微纳结构。CaTiO3蝴蝶状枝晶的主干沿晶向族(210)方向生长。阐述了蝴蝶状枝晶和纳米片自组装3D CaTiO3结构在不同生长条件下的生长机理。揭示了不同形貌CaTiO3晶体对光学性能和光催化性能的影响。独特的蝴蝶状枝晶结构由于有序排列的纳米片为入射光提供传输路径,同时光在纳米片中经过多级反射和散射的作用,因而具有较低的反射率和较高的光捕获能力。因此CaTiO3蝴蝶状枝晶具有较好的光降解活性。首次采用水热法在无表面活性剂或模板的条件下制备了纯CaTi2O4(OH)2纳米片。系统地研究了水热温度、水热时间、溶剂种类、水／乙醇摩尔比等影响因素对CaTi2O4(OH)2纳米片生长的影响。形成CaTi2O4(OH)2纳米片的最佳条件：控制溶液pH在8-8.3,水热温度180℃,水热时间36h,水/乙醇摩尔比为400/15-50/10时,可以制备出纯CaTi2O4(OH)2纳米片。CaTi2O4(OH)2沿[201]方向生长,呈现锯齿形的纳米片平均长度为0.2-0.5μm,宽度为0.1-0.2μm,其纳米片厚度为10～50nm。纳米片的生长是“结晶-溶解-重结晶”的生长机制。揭示了水热时间对CaTi2O4(OH)2纳米片的微观结构、光学性质、光催化性质和电化学性能有着显着影响。与其它少于36h水热时间所制备的样品相比,水热时间36h所制备样品具有更好的光催化性和电化学性能,其在工作电流密度2mAcm-2下,比电容可达到162Fg-1。这归因于36h所制备样品高的结晶度、较大的比表面积和合适的孔尺寸。对CaTi2O4(OH)2纳米片进行了热处理,结果表明CaTi2O4(OH)2纳米片在低于400℃下,其结构不会发生变化,说明CaTi2O4(OH)2纳米片可以在常温下稳定存在。同时分析了CaTi2O4(OH)2纳米片向CaTiO3内米片相转变的形成机理。对纯CaTi2O4(OH)2纳米片进行了锂离子掺杂,研究了不同锂离子掺杂对电池材料性能的影响。当掺锂离子0.4时,Li0.4CaTi2O4(OH)2电极材料表现出较优的电化学性能。样品首次充电比容量是256.8mAh/g,并且该电极的最初不可逆容量损失仅为11.2,可逆比容量高达86%。这可能是由于晶格常数增加,较大的比表面积、减小的粒子尺寸和较好的导电性所致。
杜书青[8]2012年在《微波水热法制备Zn_2GeO_4纳米光催化剂及性能研究》文中研究指明半导体光催化技术是利用半导体材料的量子化能级和光照条件下电子跃迁而引发氧化还原反应,分为太阳能转化光催化和光催化降解有毒污染物两个方向,在太阳能利用和环境污染治理方面有很重要的应用,其理论分析和应用研究引起多个科学领域的的重视。光催化剂的性能决定光催化反应的能力,是光催化技术发展的关键。目前研究和应用最多的光催化剂主要是Ti02及其改性的半导体材料。但是由于Ti02类光催化剂的太阳光利用率低、稳定性差等缺点,新型光催化剂材料的设计和合成具有重要意义。双金属氧化物Zn2GeO4的一维纳米材料具有较大的比表面积、很高的灵敏度和快速的光电传输性能,是优良的光催化剂材料。Zn2GeO4纳米材料的常规制备方法包括固态法、气相沉积法、水热法、浸渍法等,但是这些方法存在制备周期长、产物形貌不规则、分散性差等缺点。微波水热法是近十几年来发展起来的纳米材料制备方法,在纳米材料合成方面得到广泛的应用。本文采用微波水热法合成多种形貌的Zn2GeO4纳米材料,并考察了样品在甲基橙光催化降解反应中的性能。(1)采用微波水热法,以氧化锗和乙酸锌为原料,以水和乙二胺的混合溶液为溶剂,微波加热至160℃反应20min即可合成形貌规则、比表面积较大的单分散Zn2GeO4纳米带。研究了反应温度、原料用量、乙二胺对产物形貌和结构的影响,优化了合成条件。采用扫描电镜、X射线衍射光谱、X射线能量散射光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱表征了产物的形貌、晶相、组成和光吸收性质,并考察了所制备的光催化剂在甲基橙降解反应中的性能。与常规水热法在180℃反应24h制备的Zn2GeO4纳米带相比,微波水热法产物的比表面积增大50.7%,光催化降解甲基橙溶液的平均脱色速率提高54.7%。本实验说明微波水热法反应速度快、反应温度低、产物形貌规则、分散性好的优点。(2)以十六烷基叁甲基溴化铵(CTAB)为模板剂在微波水热条件下合成均匀分散的Zn2GeO4纳米棒。考察了预处理条件、反应温度、CTAB、冷却方式、原料比例等因素对纳米棒形貌、结构和催化活性的影响,并与常规水热制备过程进行子对比分析。以热水为溶剂,保持体系pH=7～8,预搅拌1h可得到反应混合溶液。然后微波加热至140℃反应15min即可得到长约300～700nm,直径30～60nm的Zn2GeO4纳米棒,在甲基橙光催化降解反应中有很好的活性。(3)在微波水热合成Zn2GeO4纳米棒的实验中,当乙酸锌和氧化锗的加料比例为5：2.5时得到小尺寸的纳米短棒颗粒。考察了反应温度、CTAB、溶液粘度等条件对Zn2GeO4形貌和活性的影响。
张建交[9]2014年在《纳米氧化锌的水热合成及其气敏性能》文中研究指明氧化锌是一种直接带隙宽禁带半导体材料，具有优异光电特性和气敏特性。氧化锌纳米材料丰富的形貌与结构直接决定其物理性质与应用潜力。本文利用超声辅助下的水热工艺，通过改变原料的组成成份配比合成出了多种形貌的氧化锌纳米材料，主要包括氧化锌花簇状纳米棒、氧化锌纳米管、氧化锌纳米棒环式阵列、氧化锌微纳米齿形棒、氧化锌微纳米塔花及氧化锌纳米梭。采用SEM、XRD、TEM、TG/DSC等多种手段对产物的形貌及结构进行了表征。揭示了水热工艺下氧化锌各种形貌的生长机制，同时研究了不同形貌氧化锌对乙醇、氢气、一氧化碳及甲苯的气敏性能。研究超声结合水热工艺作用下氧化锌纳米棒的形貌演变规律，首次揭示出单独超声合成花簇状氧化锌纳米棒的形貌演变规律。结果表明：超声合成下花簇状氧化锌纳米棒的形成过程经历了四个转变阶段，分别是块体氢氧化锌、块体氢氧化锌与氧化锌纳米片混合态、氧化锌纳米片与初始花簇状氧化锌纳米棒、以及最终的花簇状氧化锌纳米棒。前超声处理60min时，可以获得直径在30-45nm左右，长度在50-75nm的花簇状氧化锌纳米棒。水热后超声处理能有效地分散氧化锌纳米棒的聚集状态，可以获得不同分散形貌的氧化锌纳米棒。气敏测试表明，花簇状氧化锌纳米棒气敏传感器对乙醇气体展现出良好的气敏性能，在425℃的工作温度下对5ppm的C2H5OH气体灵敏度可以达到71.4%。研究了水热工艺因素对氧化锌纳米棒生长行为的影响，重点考察了水热时间、水热温度、反应前驱体浓度及起始浓度对氧化锌纳米棒生长行为的影响规律。实验结果表明：水热工艺因素对氧化锌纳米棒形貌转变过程起着重要作用。随着水热温度与水热时间的增加，氧化锌纳米棒的长度与直径都有所增加，但是过度延长时间，纳米棒并不会持续径向生长。当Zn2+与OH-的浓度比依次为1:5、1:10、1:20、1:40时，氧化锌晶体依次从初始的颗粒形态演变至中间棒状，再演变至最终的片状分级形貌。研究了不同退火温度下氧化锌纳米棒的形貌变化，当退火温度低于400℃时，纳米棒的形貌基本无变化，退火温度高于600℃时，纳米棒端部变圆。当退火温度超过800℃时，氧化锌纳米棒将转变为团聚状态。热退火处理能显着改善氧化锌纳米棒的气敏性能，气敏测试结果表明：与未经退火处理的氧化锌纳米棒相比，经400℃热处理后氧化锌纳米棒传感器对25ppm的C2H5OH的灵敏度可由55%提高至74%。采用水热结合碱腐蚀的两步工艺法制备出氧化锌纳米管，研究了碱浓度与腐蚀时间对氧化锌纳米管形貌转变过程的影响规律。纳米管气敏传感器对不同浓度乙醇气体的测试结果表明：对5ppm乙醇气体响应的灵敏度达到87.4%，对比于超声合成氧化锌纳米棒，以氧化锌纳米管为敏感材料制得的传感器其响应灵敏度提高了23.9%。另外，采用一步水热法直接制备出新型的氧化锌纳米棒环式阵列传感器，该工艺合成出的环式阵列纳米棒的长度约为2μm，直径约为50nm。气敏测试结果表明：氧化锌纳米棒环式阵列传感器的性能要优于氧化锌纳米棒传感器，对四种气体的灵敏度可以普遍地提高5%。研究了氧化锌纳米晶体在强碱溶液中的生长行为，分别制备出新颖的氧化锌微纳米齿形棒、氧化锌微纳米塔花以及氧化锌纳米梭。微纳米齿形氧化锌具有六个对等的对称特征，其轴向长度在3μm左右，周向直径约为1.2μm。氧化锌微纳米塔花具有径向分枝特征，外围直径在500-700nm内。而氧化锌纳米梭的梭体总长度为2μm，最大处直径为0.5μm。叁种形貌对5ppmC2H5OH气体的气敏测试结果表明：齿形棒传感器的响应值为76.5%，塔花氧化锌传感器的灵敏度达到81.3%。而氧化锌纳米梭传感器对5ppm乙醇气体的最高灵敏度为40%。
鲁飞[10]2012年在《形貌可控CeO_2纳米结构的水热法合成和光学性能》文中研究表明作为一种廉价的功能稀土氧化物,Ce02纳米材料因其优越的储存—释放氧能力、简捷的Ce3+/Ce4+氧化还原循环、高的机械强度和特有的光学性能,在催化、固体氧化物燃料电池、气敏传感器、氧泵、机械抛光、紫外吸收和荧光材料等方面具有广泛应用前景,备受世人青睐。研究表明,材料的尺寸、结构、形貌、暴露晶面和缺陷等对性能有显着影响。其中,形貌对Ce02纳米材料的影响尤为突出。因此,控制Ce02的生长与晶化过程,制备形貌可控、性能优越的Ce02纳米结构已成为当前稀土基氧化物研究领域的前沿课题。本论文采用水热(溶剂热)制备手段,实现Ce02纳米材料的可控生长。利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试手段分析材料的晶相、表面化学组分和微观形貌。采用紫外可见分光光度计和荧光分光计等表征手段系统探讨了材料形貌和组分对光学性能的影响。主要研究内容如下：1.采用水热法,在反应体系中引入不同的添加剂选择性合成CeO2纳米多面体和方形纳米结构。选用PVP作为添加剂时,产物为CeO2纳米多面体；用乙二胺作为添加剂时,产物为Ce02方形纳米结构。提出了可能的形貌选择性合成机理。X射线光电子能谱分析表明,CeO2纳米多面体中铈离子主要以+4价形式存在,也有少量的叁价铈离子,Ce3+的存在可能导致晶格内部氧空位缺陷的形成。2.用CeCl3·7H2O作为初始原料,采取氯离子辅助水热法成功制备了直径15-20nm、长度100-200nm的CeO2纳米棒。当铈源前驱物由CeCl3·7H2O更换为Ce(NO3)3-6H2O其他实验参数不变时,产物由纳米棒转为无规则的纳米小颗粒。相比于纳米颗粒,Ce02纳米棒的紫外可见吸收谱发生明显蓝移,光致发光峰也明显增强。Ce02纳米棒的形成机理主要归于氯离子和乙二胺的共同作用。3.采用N2H4·H2O作为沉淀剂,水热合成了Ce02纳米颗粒。反应体系中水合肼剂量影响纳米颗粒的晶粒尺寸和晶格常数。详细讨论了晶粒尺寸随水合肼剂量发生改变的原因,而晶格常数的改变源于晶格弛豫和铈离子化合价效应。此外,通过调节反应体系中水合肼剂量,也可引起纳米颗粒带隙宽度和发光强度的变化。随着水合肼剂量从2mL增加到6mL, CeO2纳米颗粒的光学带隙也相应地从3.12eV增长到3.19eV。光致发光强度随着水合肼剂量的增加呈现出先增强后缓慢减弱的态势。PL辐射谱强度由Ce02纳米颗粒晶体内部的氧空位缺陷程度和紫外区吸光度两者共同决定。4.采用溶剂热方法,通过调整反应溶剂中乙醇和蒸馏水的体积比成功地合成了形貌、微观结构和组分各异的Ce02纳米结构。随着反应溶剂中乙醇含量的增多,产物逐步由柱状结构向小尺寸纳米颗粒(约5nm)过渡。相比于柱状纳米结构,纳米颗粒中存在较多的氧空位缺陷和叁价铈离子。叁价铈离子以两种方式(形成Ce203和位于Ce02晶格中氧空位缺陷周围)存在于晶格中,其中,Ce203以非晶相形式存在。
参考文献：
[1]. 水热体系中氧化物合成与取向生长的机理研究[D]. 张元广. 中国科学技术大学. 2006
[2]. 水热法合成氧化物晶体[D]. 王立明. 河北大学. 2003
[3]. 基于碳纳米管复合材料的超级电容器研究[D]. 范江华. 电子科技大学. 2015
[4]. 可见光响应Bi_2WO_6光催化剂的合成及其光催化性能研究[D]. 高春梅. 浙江大学. 2008
[5]. 稀土钒.硼.磷酸盐纳米材料的固相水热法构筑及其发光性能研究[D]. 马杰. 同济大学. 2008
[6]. 水热法合成无机半导体纳米材料及其掺杂稀土发光纳米材料[D]. 陶萍芳. 广西师范大学. 2008
[7]. 钙钛氧化物微纳结构的水热法制备、微结构与性能研究[D]. 董伟霞. 浙江大学. 2013
[8]. 微波水热法制备Zn_2GeO_4纳米光催化剂及性能研究[D]. 杜书青. 北京化工大学. 2012
[9]. 纳米氧化锌的水热合成及其气敏性能[D]. 张建交. 哈尔滨理工大学. 2014
[10]. 形貌可控CeO_2纳米结构的水热法合成和光学性能[D]. 鲁飞. 安徽大学. 2012
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