分等級三維金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)和竹節(jié)狀碳納米管的制備和表征.pdf

1、由低維納米結(jié)構(gòu)作為構(gòu)筑單元組裝而成的分等級三維納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)前納米結(jié)構(gòu)和納米材料研究領(lǐng)域的熱點。探索分等級三維納米結(jié)構(gòu)新的合成方法，深入研究分等級三維納米結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)性質(zhì)，對于進一步理解納米結(jié)構(gòu)的自組裝行為和開發(fā)納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用價值具有重要意義。新奇形貌碳納米管因其獨特的結(jié)構(gòu)和形貌，在諸多應(yīng)用方面表現(xiàn)出了潛在的價值，制備具有優(yōu)勢性和高比例的新奇形貌碳納米管將促進對其物理化學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用性能的深入研究。
　　 本論文采用新的易于實現(xiàn)、

2、環(huán)境友好的合成方法，制備了一系列分等級三維金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)，諸如球狀α—Fe2O3、球狀TiO2、中空TiO2、核桃狀CeO2，以及竹節(jié)狀碳納米管。利用X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、選區(qū)電子衍射(SAED)、Paman光譜、氮氣吸附分析、熱重分析(TG)、示差掃描量熱分析(DSC)、紫外—可見漫反射光譜(UV—Vis DRS)、紫外—可見吸收光譜

3、(UV—Vis)、光致發(fā)光(PL)光譜和多功能物理性質(zhì)測量系統(tǒng)(PPMS)等表征手段對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌、磁性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)以及光催化活性進行了系統(tǒng)研究。
　　 采用聚丙烯酰胺(PAM)作為輔助物質(zhì)結(jié)合微波加熱回流以及焙燒處理制備了分等級球狀α—Fe2O3納米結(jié)構(gòu)。這種分等級球狀α—Fe2O3納米結(jié)構(gòu)由納米粒子作為構(gòu)筑單元組裝而成，具有介孔結(jié)構(gòu)，在300 K下剩磁為0.08947 emu g—1，矯頑力為2301.5 Oe。PAM在

4、分等級球狀α—Fe2O3納米結(jié)構(gòu)形成中起到重要作用。
　　 采用PAM作為輔助物質(zhì)，以TiCl3為鈦源，通過水熱反應(yīng)以及焙燒處理制備了由納米粒子組裝而成的分等級球狀TiO2納米結(jié)構(gòu)。這種分等級球狀TiO2納米結(jié)構(gòu)以銳鈦礦相為主，同時含有部分金紅石相，具有介孔結(jié)構(gòu)，并且UV—Vis DRS吸收帶邊產(chǎn)生了紅移。紫外光照射下降解甲基橙水溶液的探針反應(yīng)表明這種分等級球狀TiO2納米結(jié)構(gòu)具有較好的光催化活性。對PAM在制備分等級球狀TiO

5、2納米結(jié)構(gòu)過程中的作用進行了討論。
　　 采用無模板合成策略，以TiCl3作為Ti源，H2O2作為氧化劑，KBF4作為礦化劑，通過水熱反應(yīng)簡便制備了分等級中空TiO2納米結(jié)構(gòu)。這種TiO2納米結(jié)構(gòu)為銳鈦礦相，由納米粒子作為構(gòu)筑單元組裝而成，具有介孔結(jié)構(gòu)。對比實驗表明這種分等級中空TiO2納米結(jié)構(gòu)通過奧斯瓦爾德熟化過程形成。H2O2和KBF4的協(xié)同效應(yīng)在分等級中空TiO2納米結(jié)構(gòu)的形成過程中發(fā)揮著重要作用。在紫外光下甲基橙水溶液降

6、解反應(yīng)中這種分等級中空Tio2納米結(jié)構(gòu)具有較好的光催化活性。
　　 采用β—環(huán)糊精輔助水熱反應(yīng)制備了具有純粹六方晶相的分等級核桃狀介晶CeOHCO3納米結(jié)構(gòu)，這種分等級核桃狀CeOHCO3納米結(jié)構(gòu)由納米粒子作為構(gòu)筑單元組裝而成，具有單分散特征和單晶性質(zhì)。在形成過程中，CeOHCO3納米結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了獨特的晶相轉(zhuǎn)變和形貌轉(zhuǎn)變。β—環(huán)糊精在這種CeOHCO3納米結(jié)構(gòu)形成過程中起到重要作用。這種六方相CeOHCO3納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了明顯的光

7、致發(fā)光特性。分等級核桃狀介晶CeOHCO3納米結(jié)構(gòu)熱分解后得到了保持了單分散核桃狀形貌特征和單晶性質(zhì)的介晶CeO2納米結(jié)構(gòu)。這種CeO2納米結(jié)構(gòu)具有介孔結(jié)構(gòu)，在紫外光區(qū)域存在強烈的吸收，并且有明顯的紅移。
　　 在常壓下以乙醇作為碳源，采用化學(xué)氣相沉積方法，在Cu/Al2O3催化劑上制備了竹節(jié)狀碳納米管。明顯不同于通常得到的竹節(jié)狀碳納米管和傳統(tǒng)碳納米管混雜的情形，本論文得到的碳納米管具有優(yōu)勢性、高比例的竹節(jié)狀形貌。對比實驗表明，