三元稀土化合物一维纳米结构的可控合成及性质研究

论文摘要

本论文通过选用合适的结构导向剂,分别在非水体系及水体系中合成了一系列的稀土氧硫化合物超细纳米线（Ln2OS2, Ln= Y, Gd, Dy, Ho, Er, Yb）及稀土铁酸盐（LnFeO3, Ln= Tb,Dy）一维纳米材料。采用X-射线衍射仪（XRD）、X-射线能量扩散光谱仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、紫外可见光谱仪（UV-vis）、傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR spectra）、激光拉曼散射光谱仪、荧光光谱仪等各种测试手段对合成的材料进行了表征及分析,发现了一些新颖、有趣的理化性质。主要结果如下：1.在十八碳烯溶剂中,以油酸和十二胺作为结构导向剂,使用价廉易得的稀土硝酸盐和硫脲作为反应原料,在较温和的条件下（180℃）制得了一系列稀土氧硫化合物（Ln20S2,Ln=Y Gd,Dy,Ho,Er,Yb）超细纳米线。纳米线直径在两个纳米左右、长度可达到微米级。一系列实验表明,所得超细纳米线是动力学稳定产物,在热力学上不稳定,经过较长时间的热处理所得超细纳米线将转变成类球形纳米结构。此外,在一定条件下所得超细纳米线自组织形成新颖的管状或带状超结构。根据不同时间取样分析结果,结合FT-IR和TG-DTA分析,提出了可能的纳米线形成机理。UV-vis测试表明,所得稀土氧硫化合物超细纳米线不仅在紫外区显示出较强的光学吸收带边,而且由于稀土元素f电子组态的不同,在有些氧硫化合物纳米线中还观察到明显的f-f电子跃迁吸收。由于存在着较多的结构缺陷,在一定波长光的激发下,所得稀土氧硫化合物超细纳米线发射出较强的紫光。2.在水体系中,采用辛二酸作为结构导向试剂,稀土硝酸盐和硝酸铁作为原材料,NaOH作为添加剂,利用水热晶化法在温和的条件下成功合成出钙钛矿型稀土铁酸盐（LnFeO3,Ln=Tb, Dy）一维纳米材料。XRD分析表明所得样品为纯正交晶相的稀土铁酸盐,没有检测到钇铝石榴石结构产物（Ln3Fe5O12）和Fe3O4副产物,避免了当前LnFeO3纳米材料合成中晶相不纯的现象。FT-IR和Raman分析表明,所得LnFeO3一维纳米材料显示出不同于其体相晶体的振动和散射性质。铁电性能测试结果表明,所得的DyFeO3和TbFeO3一维纳米材料在室温下具有铁电性质,显示出明显的电滞回线。这些结果表明设计和合成复杂的三元稀土氧化物低维铁电纳米材料是可行的,为构筑新型高密度非挥发性铁电存储器件、高效非线性光学装置、红外热释电器件以及设计新型一维稀土氧化物基多相纳米催化剂奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料的定义
• 1.1.2 纳米材料的特点
• 1.1.3 纳米材料的性质
• 1.2 一维纳米材料
• 1.2.1 一维纳米材料的定义
• 1.2.2 一维纳米材料的制备方法
• 1.3 本课题研究现状及立项依据
• 2OS₂）超细纳米线的可控合成、生长机制及性质研究'>第2章 稀土氧硫化物（Ln₂OS₂）超细纳米线的可控合成、生长机制及性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2OS₂）超细纳米线的合成'>2.2.2 钇氧硫化物（Y₂OS₂）超细纳米线的合成
• 2OS₂,L=Gd,Dy,Ho,Er,Yb）超细纳米线的合成'>2.2.3 其它稀土氧硫化合物（Ln₂OS₂,L=Gd,Dy,Ho,Er,Yb）超细纳米线的合成
• 2.2.4 表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 组成和物相分析
• 2.3.2 形貌和微结构分析
• 2.3.3 表面配位情况分析
• 2.3.4 生长过程和生长机理讨论
• 2.4 性质研究
• 2OS₂超细纳米线的光学性质'>2.4.1 Y₂OS₂超细纳米线的光学性质
• 2.4.2 介电性质
• 2.5 其它稀土氧硫化合物超细纳米线的合成和光学性质
• 2.6 小结
• 3）一维纳米结构的可控合成、生长机制及性质研究'>第3章 稀土铁酸盐（LnFeO₃）一维纳米结构的可控合成、生长机制及性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3）一维纳米结构的合成'>3.2.2 稀土铁酸盐（LnFeO₃）一维纳米结构的合成
• 3.2.3 表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 物相分析
• 3.3.2 形貌分析
• 3.3.3 红外光谱分析
• 3.3.4 拉曼光谱分析
• 3.4 生长机理
• 3.5 性质研究
• 3.5.1 铁电性质
• 3.6 小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢