微結(jié)構(gòu)可控的金屬和復(fù)合金屬氧化物基納米材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能.pdf

1、眾所周知,納米材料的性能不僅與其尺寸大小有關(guān),還與其維度、表面結(jié)構(gòu)、裸露晶面等因素密切相關(guān)。因此對(duì)于納米材料形貌和尺寸的控制具有十分重要的意義。金屬氧化物納米材料是一類重要的無機(jī)功能材料,由于其獨(dú)特的物化性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用到半導(dǎo)體材料、磁性材料、傳感以及催化劑和催化劑載體等諸多領(lǐng)域。由于金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)豐富,且處于納米尺度的金屬氧化物的性能強(qiáng)烈依賴于其粒徑大小、結(jié)構(gòu)、形貌、組裝方式等,因而對(duì)金屬氧化物的研究也最為深入,研發(fā)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、綠

2、色、有效的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料粒徑大小、形貌、表面及微觀結(jié)構(gòu)的裁剪,制備性能優(yōu)異的納米材料成為該領(lǐng)域研究的重要課題。本論文圍繞金屬氧化物基納米材料微結(jié)構(gòu)的控制及其性能研究做了以下幾個(gè)方面的工作。
　　 首先針對(duì)傳統(tǒng)高溫陶瓷法在制備鋅鋁尖晶石型復(fù)合金屬氧化物過程中出現(xiàn)的粒子的團(tuán)聚和燒結(jié),整體均一性不高,比表面積下降等問題,開發(fā)了一種簡(jiǎn)便、綠色的溶劑熱合成方法用于低溫一步制備ZnAl2O04尖晶石型復(fù)合金屬氧化物。制備過程中無需引入

3、模板或表面活性劑,僅通過在溶劑中引入不同種類的醇便可實(shí)現(xiàn)對(duì)ZnAl2O4織構(gòu)性能的調(diào)控。該方法制備的ZnAl2O4具有較高的比表面積和熱穩(wěn)定性。將制備的ZnAl2O4尖晶石作為載體,以NaBH4為還原劑,通過簡(jiǎn)單的液相還原的方法實(shí)現(xiàn)了Ag納米粒子在載體表面的均勻負(fù)載。這種Ag／ZnAl2O4負(fù)載型催化劑在鄰硝基氯苯的選擇性加氫生成鄰氯苯胺的反應(yīng)中體現(xiàn)了高的活性,能夠抑制過度加氫生成苯胺反應(yīng)的進(jìn)行,具有較高的選擇性。同時(shí)載體和Ag之間的強(qiáng)

4、相互作用,抑制了Ag納米粒子的聚集和氧化,提高了催化劑的穩(wěn)定性。
　　 在上述工作的基礎(chǔ)上我們以鋁片作為基體并提供鋁源,采用溶劑熱法在鋁基體表面低溫一步合成了顆粒狀的、棒狀的、以及片狀的鋅鋁尖晶石薄膜。該方法經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、制備方法簡(jiǎn)便且便于規(guī)?；苽?具有十分重工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。研究結(jié)果表明,薄膜表面的形貌依賴于Zn2+及尿素的濃度。并且通過表面功能化修飾,可得到具有疏水／超疏水性能的薄膜材料。在制備薄膜的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了Ag納米粒子在

5、薄膜表面的均勻負(fù)載,并作為結(jié)構(gòu)化的薄膜催化劑用于對(duì)硝基苯酚的還原反應(yīng)。
　　 采用水熱法,以NiFe-LDH為前體,經(jīng)過焙燒和選擇性的溶蝕等處理,在Si基體表面制備出NiFe2O4薄膜材料,通過調(diào)變前體中Ni2+／Fe3+的比例實(shí)現(xiàn)對(duì)NiFe2O4尖晶石薄膜表面粒徑大小、孔結(jié)構(gòu)等微觀結(jié)構(gòu)的控制,制備出疏水性能、磁學(xué)性能可控的功能化的NiFe2O4尖晶石薄膜。
　　 目前傳統(tǒng)液相法在制備具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的CuO薄膜時(shí)往往需要引

6、入表面活性劑,表面活性劑的引入會(huì)部分覆蓋CuO納微結(jié)構(gòu)表面的活性位,從而影響其在傳感、場(chǎng)發(fā)射、鋰電等領(lǐng)域的應(yīng)用。針對(duì)上述問題,我們?cè)诓灰肴魏稳魏伪砻婊钚詣┖脱趸瘎┑臈l件下在銅基體表面原位合成了具有三維花狀仿生結(jié)構(gòu)的CuO薄膜。以NaBH4作為堿性試劑和還原劑,實(shí)現(xiàn)了CuO薄膜表面納微結(jié)構(gòu)的調(diào)控,并提出了薄膜表面花狀結(jié)構(gòu)可能的形成機(jī)理。薄膜表面特殊的納微組裝結(jié)構(gòu)有利于制備疏水／超疏水性CuO薄膜,同時(shí)能夠極大的提高其催化降解苯酚的能力。