電化學(xué)法制備鎂鹽晶須及第一性原理研究.pdf

1、一維材料是本世紀(jì)高新技術(shù)領(lǐng)域的一種新型功能材料，是材料領(lǐng)域中非常重要的部分。其中鎂鹽晶須有優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕性能、電絕緣、高強(qiáng)度、高硬度等特性，作為塑料、金屬、陶瓷等材料的增強(qiáng)劑時(shí)顯示出極佳的物理、化學(xué)性能和優(yōu)異的機(jī)械性能，在生產(chǎn)和技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，晶須的制備具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文采用常溫常壓的電化學(xué)方法成功制備了硼酸鎂晶須和硅酸鎂晶須，克服了傳統(tǒng)制備方法存在的高溫高壓高能耗的不足，主要研究

2、內(nèi)容為：
　　 ①采用電化學(xué)陽極直接氧化法制備硼酸鎂晶須，首先利用SEM、XRD、EDS、IR和TG-DTA等手段對(duì)晶須的表面形貌、結(jié)構(gòu)以及元素組成等進(jìn)行了表征，其次采用三電極體系鍘定了反應(yīng)的循環(huán)伏安曲線，研究了其電化學(xué)過程，同時(shí)考察了溫度、毒化劑和電流密度等因素的影響，并探討了其毒化機(jī)理；
　　 ②采用電化學(xué)陽極直接氧化法制備硅酸鎂晶須，利用SEM、XRD、EDS、IR和TG-DTA等手段對(duì)其表面形貌、結(jié)構(gòu)和元素組成等

3、進(jìn)行了分析；
　　 ③采用基于密度泛函理論的第一性原理對(duì)晶須微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。
　　 結(jié)果表明：
　　 1、通過SEM觀察可得，硼酸鎂晶須長(zhǎng)為6-8μm，直徑約為500 nm，長(zhǎng)徑比為12：1-16：1；XRD、EDS和IR分析可知其為硼酸鎂(Mg2B2O5)晶須；TG-DTA分析可得硼酸鎂晶須中不含有結(jié)晶水；從循環(huán)伏安圖看出，陽極在2.0 v附近發(fā)生氧化反應(yīng)，Mg2+在陰極沒有發(fā)生還原反應(yīng)：制備硼酸鎂晶須的最

4、佳條件為：0.20 mol／L毒化劑，電流密度為0.06A／cm2，溫度為20℃左右，乙醇和水體積比為1：3，通電時(shí)間1 h，硼酸的濃度為0.44 mol／L，氯化鈉的濃度為0.20 mol／L，平均電流效率約為35％。
　　 2、通過SEM分析可知硅酸鎂晶須長(zhǎng)度為5-6 nm，直徑約為500 nm，長(zhǎng)徑比為10：1-12：1，符合晶須的定義；其XRD譜分析表明出現(xiàn)正交晶系結(jié)構(gòu)的硅酸鎂的特征峰，還含有少量的氧化鎂，其衍射峰強(qiáng)度大

5、，說明結(jié)晶良好；EDS和IR分析可得其構(gòu)成為Mg2SiO4；由TG可知該產(chǎn)品不含結(jié)晶水；制備硅酸晶須的最佳電流密度為0.6A／cm2。
　　 3、通過第一性原理計(jì)算可得，Mg2B2O5和Mg2SiO4原胞的帶隙寬度分別為4.9eV和5.0eV，均接近于絕緣體。Mg2B2O5晶胞價(jià)帶主要為氧的2p、鎂的3s和硼的2s、2p態(tài)的貢獻(xiàn)，導(dǎo)帶主要是硼的2p態(tài)的貢獻(xiàn)。Mg2SiO4原胞價(jià)帶主要由氧的2p、鎂的3s態(tài)和硅的3s、3p態(tài)的貢獻(xiàn)