二氧化鉿納米材料的水熱合成、晶型控制及其性質(zhì).pdf

1、二氧化鉿是一種重要的寬禁帶過(guò)渡金屬氧化物，具有高的熔點(diǎn)、高的介電常數(shù)以及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性等諸多特點(diǎn)，因此近年來(lái)引起了許多研究者的廣泛關(guān)注。
　　二氧化鉿有四方晶型（tetragonal，T）、單斜晶型（monoclinic， M）和立方晶型（cubic，C）這三種晶型結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度超過(guò)2000K時(shí)，二氧化鉿會(huì)從單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较啵爻合滤饕且詥涡苯Y(jié)構(gòu)存在。常見(jiàn)的二氧化鉿的制備方法有溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法和微乳液法等。

2、其中，使用微乳液法制備納米二氧化鉿顆粒存在著價(jià)格高產(chǎn)率低、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，而共沉淀法和溶膠-凝膠法制備的納米二氧化鉿顆粒存在著易引入雜質(zhì)、顆粒易團(tuán)聚等缺點(diǎn)，這都在一定程度上限制了它們?cè)诖笠?guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。水熱法具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)需煅燒等特點(diǎn)，因此被廣泛運(yùn)用于無(wú)機(jī)納米材料的制備中。
　　本文主要應(yīng)用水熱法來(lái)合成晶型可控、分散均勻的納米二氧化鉿顆粒并深入研究其合成機(jī)理。文章詳細(xì)研究了不同反應(yīng)因素對(duì)合成產(chǎn)物形態(tài)和粒徑的影響，推導(dǎo)出了二氧化

3、鉿納米顆粒的合成和晶型轉(zhuǎn)變過(guò)程；研究了不同種晶的加入對(duì)產(chǎn)物晶型和顆粒粒徑的影響。本文還初步研究了納米二氧化鉿的光學(xué)性能、抗菌性能以及催化性能。
　　以下是本文的主要研究成果：
　?。?）應(yīng)用水熱法成功制備了尺寸均一、晶型可控的二氧化鉿納米粒子，通過(guò)改變反應(yīng)溫度、氫氧化鈉濃度、反應(yīng)時(shí)間和種晶的晶型實(shí)現(xiàn)了不同晶型的二氧化鉿納米顆粒之間的轉(zhuǎn)化。結(jié)合XRD圖和TEM圖，我們發(fā)現(xiàn)四方二氧化鉿納米顆粒的形狀近似球形，而單斜二氧化鉿納米顆

4、粒的形狀呈紡錘狀。本文結(jié)合熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論對(duì)二氧化鉿的形成進(jìn)行分析，結(jié)果表明溫度越高，堿的濃度越低，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于單斜二氧化鉿的形成。
　?。?）本文研究了pH對(duì)二氧化鉿納米顆粒的形成的影響，利用鉿離子水解的平衡常數(shù)計(jì)算得出 Hf(OH)3+, Hf(OH)4, Hf(OH)5-, Hf(OH)62-的濃度與pH的關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)四方二氧化鉿的產(chǎn)率變化曲線與 Hf(OH)62-的濃度變化曲線是一致的，而且高濃度的氫氧化鈉

5、會(huì)促進(jìn)四方二氧化鉿的形成。因此形成二氧化鉿納米顆粒的前驅(qū)體是Hf(OH)62-。
　?。?）運(yùn)用種晶法制備二氧化鉿納米顆粒，在不改變其他反應(yīng)條件的情況下，將不同晶型的小顆粒種晶加入到反應(yīng)體系中，可以得到不同晶型的二氧化鉿納米顆粒。不加入種晶時(shí)，在反應(yīng)溫度為120℃，體系氫氧化鈉濃度為3.0 M時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物是四方二氧化鉿和單斜二氧化鉿的混合物，當(dāng)向體系中加入單斜晶型的種晶時(shí)，得到的產(chǎn)物是單斜晶型的，而加入的是四方晶型的種晶時(shí)，得到的

6、產(chǎn)物就是四方晶型的。此外，種晶的加入也減小了納米顆粒的粒徑。種晶的加入使產(chǎn)物顆粒的形成過(guò)程直接跳過(guò)了成核前期和成核期而進(jìn)入生長(zhǎng)期，形成的二氧化鉿單體會(huì)直接沉積在種晶的表面，然后進(jìn)行生長(zhǎng)。
　　（4）本文利用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌測(cè)試了二氧化鉿納米顆粒的抗菌性。結(jié)果表明二氧化鉿納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌具有良好的抗菌性，但是對(duì)于大腸桿菌不具有抗菌性，這個(gè)結(jié)果可能與大腸桿菌和金黃色葡萄球菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的差異性有關(guān)，也