超臨界流體技術(shù)在氣凝膠和納米粉體制備中的應(yīng)用.pdf

1、相較于其它固體材料，氣凝膠材料具有低密度、大比表面積及高孔洞率等獨(dú)特性質(zhì)，因而在催化科學(xué)、材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。然而對(duì)于氣凝膠材料，目前仍有許多問(wèn)題值得研究，包括完善制備技術(shù)、開(kāi)發(fā)新種類(lèi)、增強(qiáng)應(yīng)用性能研究（如塊體性，透明性）等。我們利用溶膠．凝膠法并結(jié)合超臨界流體干燥技術(shù)分別制備了氧化釓、氧化鋅及硫化鎘的塊狀氣凝膠，對(duì)三種氣凝膠的合成路線及性質(zhì)進(jìn)行了研究，并對(duì)超臨界流體干燥技術(shù)的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。 超臨界流體不

2、僅可以用于氣凝膠的制備，還可以做為反應(yīng)介質(zhì)參與材料的合成，并能控制產(chǎn)物的顆粒粒徑、顆粒形貌、組成和結(jié)構(gòu)等性質(zhì)，利用超臨界流體作為反應(yīng)介質(zhì)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的綠色合成手段。 本論文主要工作包括： 1．CdS納米晶氣凝膠的制備及其光催化性質(zhì)研究 以微乳液反膠束法獲得的粒徑為5-10nm的CdS納米顆粒為骨架，利用表面硫醇偶聯(lián)制得了CdS濕凝膠。經(jīng)過(guò)超臨界CO2干燥后得到的塊狀CdS納米晶氣凝膠顯示了較大的比表面積

3、（202．2㎡/g）和較高的孔洞率（0．47 ml/g），其平均孔徑為6．3nm，屬于介孔范圍。利用自制的光催化裝置對(duì)所得到的CdS氣凝膠進(jìn)行了光催化性質(zhì)的研究，實(shí)驗(yàn)證明它比納米粉體和塊體材料具有更高的光催化效率。對(duì)不同晶形的CdS材料所做的光催化實(shí)驗(yàn)證明未經(jīng)焙燒的CdS氣凝膠展現(xiàn)了最佳的光催化效率，而較低溫度下形成的立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的CdS要比高溫條件下得到的六方纖維鋅礦結(jié)構(gòu)的CdS具有更好的光催化性，通過(guò)紫外吸收、比表面積分析以及紅外

4、等表征手段對(duì)其原因進(jìn)行了分析。 2．透明塊狀Gd2O3氣凝膠的制備及其性能表征 用廉價(jià)易得的氯化釓和硝酸釓作為前驅(qū)體，用環(huán)氧化合物作膠凝劑，分別制備了半透明及透明的塊狀Gd2O3氣凝膠。氮?dú)馕浇馕鰷y(cè)試表明樣品具有大的比表面積（226㎡/g）和高的孔洞率，平均孔徑為42nm，孔體積為2．45ml/g。實(shí)驗(yàn)探索了CO2超臨界干燥的最佳工藝條件，考察了溶劑性質(zhì)、溶劑用量以及不同的添加劑對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及產(chǎn)物性質(zhì)（包括透明性、塊體保

5、持等）的影響。對(duì)Gd2O3凝膠分別采用超臨界CO2和超臨界乙醇進(jìn)行了干燥，并用XRD、TEM以及熒光光譜等技術(shù)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，雖然樣品經(jīng)超臨界乙醇處理后其熒光性得到了增強(qiáng)，但是凝膠的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，因而無(wú)法得到塊狀的Gd2O3氣凝膠。對(duì)摻雜Eu的Gd2O3氣凝膠進(jìn)行了熒光性質(zhì)研究，結(jié)果表明此產(chǎn)物是一種較好的熒光材料，并且在一定范圍內(nèi)，其熒光強(qiáng)度隨Eu摻雜量的增加而增強(qiáng)。 3．ZnO氣凝膠的制備與表征

6、 因?yàn)橥ǔＪ褂玫沫h(huán)氧化合物法僅限于制備高價(jià)態(tài)（≥+3）的金屬氧化物氣凝膠，所以我們對(duì)這種方法加以改進(jìn)，制得了價(jià)態(tài)為+2的ZnO氣凝膠，具體方法如下：采用Zn的無(wú)機(jī)鹽做前驅(qū)體，以檸檬酸為添加劑，以環(huán)氧化合物為膠凝劑，通過(guò)溶膠-凝膠方法制得了ZnO濕凝膠，最后經(jīng)超臨界CO2干燥得到塊狀的ZnO氣凝膠。分別利用XRD、TEM、紅外光譜、氮?dú)馕?解析以及熒光光譜等分析手段對(duì)所得的ZnO氣凝膠進(jìn)行了表征，結(jié)果表明產(chǎn)物具有開(kāi)放的孔結(jié)構(gòu)，比表面積為

7、202㎡/g，孔隙率為1．97 ml/g?；谄叫袑?shí)驗(yàn)結(jié)果探索了部分參數(shù)對(duì)于膠凝過(guò)程的影響。同時(shí)探討了ZnO凝膠的成膠機(jī)理以及檸檬酸的作用。 4．以超臨界水為反應(yīng)介質(zhì)制備多元化合物納米粉體的研究 我們利用超臨界水為反應(yīng)介質(zhì)成功地制備了粒徑范圍在納米級(jí)別的FeIn2S4粉體。相較于普通水熱法制備的產(chǎn)物，利用該方法所得產(chǎn)物具有更高的純度、更加規(guī)則的形貌，并且顆粒粒徑更加均勻、顆粒結(jié)晶性更好。與固相反應(yīng)法相比，以超臨界水作為反