無機微納米晶的合成、組裝及性能研究.pdf

1、不同形狀納米（微米）晶及其復雜結構組裝體的控制合成與性質研究是無機合成化學和無機材料化學的研究熱點。本文旨在探索利用簡單的水熱法實現不同形狀微納米晶的可控合成以及多級結構的組裝，發(fā)展了對無機微納米材料形態(tài)和結構進行控制的新合成路線，并對所合成的無機微納米晶及其組裝體的結構、形態(tài)與性能之間的相關性進行了初步探討。本文的主要內容歸納如下：
　　 ⑴簡化了含硫前驅物熱分解法制備金屬硫化物過程中的分離和提純步驟，利用新生成的N，N二乙基

2、二硫代氨基甲酸鹽在母液中直接水熱（溶劑熱）分解，控制合成了ZnS、PbS、Bi2S3、 CdS等一系列金屬硫化物微納米結構。利用單源前驅物分解和Ostwald熟化法相結合的路線制備了ZnS空心球。ZnS空心微球的粒徑在220-350 nm，粒徑和球殼厚度可以通過調節(jié)反應溫度和反應時間來加以控制，依據化學反應誘導的Ostwald熟化機制分析了ZnS空心微球的形成過程。PL光譜表明其發(fā)光性質非常復雜，除了470 nm的主發(fā)光峰外，還有一些弱

3、的可見光區(qū)的發(fā)光。UV-vis光譜表明所制備的ZnS空心球表現一定的“空心效應”。利用該路線控制合成出折紙花狀的Bi2S3納米片和多枝Bi2S3納米帶。折紙花結構的Bi2S3是由褶皺的納米片自組裝而成的，HRTEM圖像表明單根納米帶是由多層單晶納米薄片組成。利用循環(huán)伏安實驗分析了Bi2S3樣品的電化學儲氫性能，結果表明Bi2S3樣品的儲氫能力與其納米結構的形貌和結構有關，折紙花結構Bi2S3納米片的電化學儲氫能力優(yōu)于Bi2S3多枝納米帶

4、。初步討論了Bi2S3納米結構由納米片到納米帶的轉化過程。提出了納米帶的形成經歷了雜化膠體粒子的生成、組裝和晶體生長三個過程，并根據“折疊-撕裂”機理分析了由納米片到納米帶的轉化過程。 同樣方法制備了立方、十四面體等不同形狀的PbS微晶，考察了不同實驗條件對PbS微晶形貌的影響，簡單討論了兩種形態(tài)PbS微晶的生長機理，發(fā)現PVP的添加量、反應時間、前驅體濃度等對PbS微晶的生長都有很大影響。同樣方法用于CdS納米結構的制備，得到了一系列

5、由CdS納米粒子或納米棒構筑成的星形的納米結構，討論了CdS納米結構的形成機理并且考察了不同CdS納米結構的光學性質。
　　 ⑵采用一步水熱法，制備了不同結構和形態(tài)的矯頑力可控的α-Fe2O3鐵磁材料，考察各種實驗條件對α-Fe2O3微納米晶結構和形態(tài)的調控。所制備的α-Fe2O3雞蛋形、方塊狀、桃子狀、冬瓜狀等一系列實心微球和空心結構微球都有好的單分散性、均勻的尺寸和規(guī)則的形狀。通過此方法也可以制備單分散的Fe3O4微球。通過

6、樣品的磁滯回線探討了不同α-Fe2O3樣品的磁性能與其微結構之間關系，樣品的矯頑力、飽和磁化強度和剩余磁化強度均與其形態(tài)結構有關，如雞蛋狀α-Fe2O3微球的矯頑力室溫下達到3800 Oe，方形α-Fe2O3空心微球的矯頑力室溫下達到7800 Oe，這是目前文獻報道液相法制備的α-Fe2O3矯頑力的最高值。簡單討論了不同形態(tài)α-Fe2O3微球的形成過程，經歷了中間相Fe8O8(OH)8Cl1.35納米棒的生成轉化以及α-Fe2O3納米棒

7、的組裝和Ostwald熟化等過程，得到不同結構和形態(tài)的α-Fe2O3微球。在CTAB體系中得到了α-Fe2O3菱形納米晶，該體系中α-Fe2O3具有不同的生長方式，其磁性能與球形聚集體也大不相同，矯頑力為920 Oe，剩余磁化強度為0.17 emu/g，飽和磁化強度為0.44 emu/g。
　　 ⑶采用80℃的低溫液相反應制備了ZnO六棱柱構成的花狀微結構，并在低溫水溶液中很方便地在ZnO棱柱表面沉積了納米金屬Ag，得到花狀的A

8、g-ZnO微結構。該結構具有微米尺度的結構，又有負載于微結構表面的Ag納米粒子。根據室溫PL光譜比較了負載Ag對ZnO花狀微結構發(fā)光性能的影響，以甲基橙的光催化降解為例比較了兩種微結構的光催化性能，實驗發(fā)現，該復合結構能在較低的Ag負載量時大大提高其光催化活性。采用水熱法首次在表面活性劑存在下制備了Ag-TiO2空心結構，以大腸桿菌為例考察其抗菌性能。實驗結果表明，該空心結構具有很好的抗菌活性。分析了CTAB膠束模板法制備Ag-TiO2

9、空心結構的基本過程。
　　 ⑷采用水熱法，通過改變反應溫度選擇性地制備了普魯士藍納米立方塊和球形組裝體，水熱反應溫度是控制普魯士藍納米晶的主要因素。所得納米立方塊和球形組裝體的粒徑分布窄，分散性好。通過UV-vis光譜、N2吸附-脫附等溫線以及循環(huán)伏安曲線比較了普魯士藍納米晶形狀與性能之間的關系。普魯士藍納米晶修飾碳電極的循環(huán)伏安結果表明該電極對H2O2的電還原具有十分明顯的催化作用，可用于制備電化學生物傳感器。分別討論了不同形