無機氮化物、碳化物納米材料的化學合成.pdf

1、氮化硼與碳的晶體結構很相似。自從碳納米管及富勒烯結構的發(fā)現(xiàn)以來，合成BN納米管及富勒烯結構引起人們的極大興趣。過渡金屬氮化物、碳化物集合了陶瓷和金屬的性質，是一類非常富有潛力的耐高溫結構材料、電子材料和催化材料。在對氮化硼納米管和富勒烯結構以及過渡金屬氮化物和碳化物的合成、應用等方面的發(fā)展現(xiàn)狀進行調研的基礎上，本論文采用單源前驅物溶劑熱解法成功地合成了BN納米籠、VN和TiN納米晶；采用金屬鈉溶劑熱還原碳化法合成了Mo2C和ZrC納米晶

2、。此外，采用熔融鹽溶劑熱合成方法成功制備了Mn5Si3納米籠及竹節(jié)狀納米管特殊納米結構；采用前驅物模板熱分解方法制備了Mn2O3納米晶多孔空心球有序納米結構。論文中取得了一些創(chuàng)新性的成果。 1.以金屬鈉為溶劑，首次在高壓反應釜中于400-600℃熱分解單一前驅物NH4BF4直接合成了新穎的盒狀氮化硼納米籠。籠的尺寸在20-200nm之間，籠壁是由12-16層的多層壁組成，壁厚在4-10nm之間。利用XRD、XPS、FT-IR、T

3、EM和HRTEM等分析測試手段對樣品進行了分析表征，并探討了氮化硼盒狀納米籠結構的生長機理。研究表明，所合成的氮化硼樣品具有很好的熒光發(fā)光性質和高溫抗氧化性。 2.設計了新穎的單一前驅物溶劑熱分解與氮化反應，在較溫和的條件下分別制備出純相的VN和TiN納米晶。以金屬鈉為溶劑，在高壓反應釜中于600℃熱分解NH4VO3直接合成了粒徑為50-150nm的VN納米晶。類似地以金屬鈉為溶劑，在高壓反應釜中于650℃熱分解NH4TiF4直

4、接合成了粒徑為30-100nm的TiN納米晶。 3.采用金屬氯化物的鈉溶劑熱還原碳化法成功制備了ZrC與Mo2C納米晶體。通過無水ZrCl4、Na和碳納米管之間的反應制備了ZrC納米晶體，粒子的平均尺寸約為30-50nm。在碳納米管的模板作用下樣品中同時存在部分ZrC納米棒，ZrC納米棒直徑為30nm左右，長度達幾微米，與原料碳納米管的尺寸接近。以MoCl5和C(石墨或碳納米管)為原料，在金屬鈉溶劑中于500℃反應合成了Mo2C

5、納米晶。當以微米尺寸的片狀石墨為碳源時，得到晶粒尺寸為30-100nm的Mo2C納米晶。而以碳納米管為碳源時，所合成的Mo2C納米晶尺寸為20-50nm。實驗表明所用碳原料對產物的晶粒尺寸和比表面積有較大的影響。 4.采用Mg2Si與MnCl2熔融鹽溶劑熱合成反應于650℃首次成功地制備了Mn5Si3納米籠及竹節(jié)狀納米管特殊納米結構；采用MnCO3微球前驅物模板熱分解方法成功地制備了Mn2O3納米晶多孔空心球有序納米結構。根據(jù)實