燒綠石型稀土鋯酸鹽的制備、結(jié)構(gòu)及催化性能研究.pdf

1、制備新型納米及亞微米級(jí)材料是當(dāng)今材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文以具有高化學(xué)穩(wěn)定性、高催化活性的燒綠石型稀土鋯酸鹽(Ln2Zr2O7)為研究對(duì)象，通過(guò)尋求綠色的合成手段，在相對(duì)溫和的環(huán)境中獲得尺寸小、分散性好的納米材料。本文將軟化學(xué)法運(yùn)用到其制備過(guò)程中，制備出了系列Ln2Zr2O7為基礎(chǔ)的納米復(fù)合材料，研究了其結(jié)構(gòu)、形貌以及催化性能等，主要內(nèi)容如下： 采用了兩種軟化學(xué)法(硬脂酸法和鹽助甘氨酸燃燒法)以及鹽助固相法，均在較低的溫度下合

2、成了系列Ln2Zr2O7(Ln=La，Nd，Sm，Eu，Dy，Er)，系統(tǒng)研究了Ln對(duì)Ln2Zr2O7晶體結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)不同方法制備Ln2Zr2O7的反應(yīng)歷程進(jìn)行了探討，并對(duì)其影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明鹽助甘氨酸法所制得產(chǎn)物的分散性最好，粒子分布均勻，平均粒徑在20 nm左右。對(duì)硬脂酸法所制備的Ln2Zr2O7系列產(chǎn)物的光催化活性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合成的產(chǎn)物均有好的光催化活性，Ln對(duì)Ln2Zr2O7系列的催化活性有較大的影響

3、，其光催化活性的順序?yàn)镈y2Zr2O7>Nd2Zr2O7>Er2Zr2O7>Sm2Zr2O7>La2Zr2O7。而且，在這個(gè)體系中隨著原子序數(shù)的增加，Ln2Zr2O7(Ln=La，Nd，Sm，Dy,Er)納米晶的光催化活性變化趨勢(shì)與稀土金屬陽(yáng)離子Ln3+磁矩的變化趨勢(shì)一致。說(shuō)明Ln3+的磁矩與Ln2Zr2O7納米晶的光催化活性有較好的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)三種方法所制備材料的光催化性質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鹽助固相法所得產(chǎn)物的催化活性最強(qiáng)，可能是由于相

4、對(duì)于其他兩種方法，本方法所制備產(chǎn)物的結(jié)晶性最差，粒子表面無(wú)序性強(qiáng)，因而催化活性最強(qiáng)。 系統(tǒng)研究了Ln位部分取代的LnxLn'2-xZr2O7系列化合物的制備及光催化性能，采用軟化學(xué)法-硬脂酸法及鹽助甘氨酸燃燒法，制備了系列LnxLn'2-xZr2O7(Ln=La,Nd，Sm，Eu，Dy，Er)納米晶。結(jié)果表明，Ln位置可以被其他鑭系元素取代，而不改變其晶型。Ln'實(shí)際上代替了Ln摻雜進(jìn)入其晶格中，產(chǎn)物為單一晶相的固溶體。不同的制

5、備方法對(duì)所制得產(chǎn)物的結(jié)晶性、分散性等均有較大的影響，因而產(chǎn)物的性質(zhì)也有所不同。通過(guò)鹽助甘氨酸法制備了高分散的，粒度分布均勻，粒子尺寸約15～30 nm的LnxLn'2-xZr2O7系列化合物。并對(duì)產(chǎn)物的熒光性質(zhì)及光催化性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 采用鹽助甘氨酸法合成了Zr位部分取代的燒綠石型Ln2SnxZr2-xO7(Ln=La,Nd，Sm，Eu，Dy,Er)系列化合物。XRD結(jié)果表明，Zr位可以被其他四價(jià)元素置換，Sn部分取代Zr摻

6、雜進(jìn)入晶格中，合成產(chǎn)物為單一晶相的燒綠石型化合物。并通過(guò)紅外和拉曼研究了其精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化。電鏡結(jié)果表明此法合成的Ln2SnxZr2-xO7納米晶為高分散的立方結(jié)構(gòu)的晶體，晶體形貌規(guī)整，尺寸在20～50nm。并對(duì)不同煅燒溫度、不同摻雜量的產(chǎn)物的熒光活性進(jìn)行了研究。采用溶膠-凝膠法，通過(guò)將TiO2、ZrO2、SnO2等活性氧化物對(duì)Ln2Zr2O7進(jìn)行改性，制備了系列以Ln2Zr2O7為基的復(fù)合材料。并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，復(fù)合