過渡金屬氧化物新型納米結構的合成、表征與性質研究.pdf

1、新型納米結構如微孔納米顆粒和量子點,因其獨特的物理和化學性能以及巨大的應用前景而倍受材料學、物理學和化學等領域科學家所關注。過渡金屬氧化物由于在磁存儲、電池材料、催化劑以及氣敏等領域的廣泛應用而成為目前研究的焦點。通過設計和制備過渡金屬氧化物新型納米結構,并研究其磁性質和光學性質,將可能突破“超順磁限制”和發(fā)現(xiàn)新的光催化劑。本論文圍繞過渡金屬氧化物(CoO和NiO)新型納米結構的制備、表征和性質進行了以下幾個方面的研究:
　　1.

2、采用有機液相化學反應法,以乙酰丙酮鈷為鈷源,無需表面活性劑模版,利用自模版的工藝原理一步合成顆粒尺寸可調(diào)的具有微孔結構的立方相CoO納米顆粒。采用X射線衍射、X射線光電子能譜和透射電鏡以及高分辨透射電鏡等表征手段對反應產(chǎn)物進行了結構分析并發(fā)現(xiàn):CoO微孔納米顆粒是通過前期形成的CoO納米晶核以副產(chǎn)物氣體為模版不斷生長形成的。三種樣品的孔徑都約為1 nm左右。而且改變乙酰丙酮鈷與油胺的比例獲得了顆粒尺寸從13nm到50nm的微孔納米顆粒,

3、使進一步深入研究上述微孔CoO納米結構的各種物理和化學性質成為可能。
　　2.對CoO微孔納米顆粒的光學、光催化和磁性質進行了大量的研究。結果表明:具有微孔結構的CoO在進入納米尺寸后,其光譜吸收特性發(fā)生了根本的變化。首先,在可見光區(qū)域,三種樣品的吸收波長均小于塊材CoO的吸收波長,并且隨著顆粒尺寸的減小,樣品的吸收波長變短,即出現(xiàn)藍移現(xiàn)象。其次,在紫外區(qū)域出現(xiàn)了新的光譜吸收;把不同顆粒尺寸微孔CoO自組裝成具有等級孔結構的薄膜進

4、行光催化活性測試,發(fā)現(xiàn)顆粒尺寸越小、比表面越大的樣品,其催化性能越好;CoO微孔納米顆粒具有異于塊材的反常磁性質,其顆粒表面的未補償自旋在低溫下表現(xiàn)出鐵磁性,并且顆粒表面的鐵磁相與顆粒內(nèi)部的反鐵磁相存在著交換耦合作用,從而在低溫下出現(xiàn)交換偏置行為。
　　3.采用修改版的有機液相化學反應法,在氧氣氛下利用油胺的高沸點提供高溫化學反應環(huán)境,并以乙酰丙酮鎳為鎳源,三苯基膦為表面活性劑一步合成出顆粒尺寸僅為3nm左右的NiO量子點。并通過

5、有機液相化學-種子生長法,以NiO量子點為種子合成出了尺寸更大的NiO納米顆粒(約26nm)。最后,研究了不同尺寸下NiO納米顆粒的光催化性質。結果表明:NiO量子點具有最好的光降解性能,這主要歸功于其很小的顆粒尺寸和良好的分散性。
　　4.對NiO量子點的低溫磁性質、交換偏置效應以及交換偏置鍛煉效應進行了大量的研究。結果表明:NiO量子點具有異于塊材的反常磁性質,其顆粒表面的未補償自旋在低溫下表現(xiàn)出鐵磁性或者自旋玻璃行為,并且系