金属氧化物和硒化物的三维多级微纳结构的化学合成与组装

论文摘要

本论文发展了液相化学合成与同步组装的方法,提出了一系列合成三维分级结构的新思路,并在合成金属氧化物和硒化物功能纳米材料的实践中取得了重要进展。其中通过调控实验参数来控制晶体生长模式制备了一系列的PbSe和CdSe三维分级结构;利用前驱物模板热转化法获得了Co3O4三维分级组装结构;设计了一种新颖的囊泡模板界面反应路线,通过软模板诱导实现了以纳米立方块为构筑单元组装成的In（OH）3空球,并通过热解获得In2O3空球结构;利用产物晶体生长的各向异性,发展了一种简单有效的自生成模板诱导组装路线实现了空心海胆状α-MnO2分级结构的合成。本论文的主要内容归纳如下:1.作者利用溶液相化学合成与同步组装的方法,通过调节反应参数来控制反应体系中Se2-的产生速率,从而控制硒化物的成核和生长速度,获得了PbSe和CdSe材料的一系列微米/亚微米三维多级结构:（a）通过选用不同的硒源在丙三醇-水混合溶液体系中合成出两种不同三维形貌的PbSe微晶。其中,以SeO2作硒源、水合肼作还原剂合成出了具有对称性的多级树枝状结构;以Se粉作硒源不使用还原剂则合成出骰子状PbSe微米结构。对此,我们提出了相应的形成机理。（b）我们通过调节反应体系中氨水（25%NH3）的加入量获得了棒状、穗状以及管簇状的CdSe亚微米组装结构;其中氨在合成体系中扮演双重角色:为Se2-的形成提供碱性环境并为Cd2+提供配体。这种合成方法为制备CdSe半导体材料的组装体提供了一种操作简单、反应温和且重复性好的途径。2.作者利用前驱物模板热解的方法实现了无机纳米材料的定向合成与组装。利用前驱物和目标产物的结构特点,通过选择、合成适当的前驱物作为模板并经热转化获得了目标产物的纳米组装体。我们利用钴盐（CoCl2·6H2O）和尿素在不同温度下（100℃,140℃和180℃）的简单水热反应合成出三种新型碱式碳酸钴的组装结构;然后以碱式碳酸钴的组装结构为前驱物模板,通过在空气中加热裂解,获得了相应的Co3O4的三维有序分级组装结构。3.作者设计了一种新颖的囊泡模板界面反应路线,通过软模板诱导实现了以纳米立方块为构筑单元组装成三维空球结构:即在“甲酰胺-间苯二酚-水”反应体系中通过反应过程中生成的囊泡模板的诱导作用,获得了由单晶纳米立方块组装成的In（OH）3空心微球。随后,通过在空气中热处理In（OH）3空球样品,我们还获得了In2O3空心微球,且In2O3空心微球样品显示出了良好的光催化活性和气体敏感性。4.作者利用产物晶体生长的各向异性,发展了一种简单有效的自生成模板诱导组装路线,在不使用任何外加模板和表面活性剂的条件下,实现了一维纳米结构在三维空间的自组装。在溶液相中温和还原的反应路线和低温晶化相结合获得了大量的空心海胆状α-MnO2纳米组装体,并且通过对不同反应阶段产物的结晶性和形貌演变的监测证实了空心海胆状α-MnO2纳米组装体的形成机理。这种特殊结构的α-MnO2纳米材料作为锂离子电池的电极材料表现出了良好的电化学性质。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无机纳米结构的自组装
• 1.2.1 零维纳米粒子的自组装
• 1.2.2 一维纳米结构的自组装
• 1.2.3 二维（片状）纳米结构的自组装
• 1.3 金属氧化物纳米材料的研究进展
• 1.3.1 金属氧化物纳米材料的合成方法研究进展
• 1.3.2 金属氧化物纳米材料的应用研究
• 1.4 金属硒化物纳米材料的研究进展
• 1.5 本论文的选题背景和研究内容
• 参考文献
• 第二章 PbSe和CdSe三维分级结构的液相合成与同步组装
• 2.1 引言
• 2.2 PbSe三维多级微结构的溶液相合成
• 2.2.1 合成背景简介和合成思路的提出
• 2.2.2 实验部分
• 2.2.3 产物表征
• 2.2.4 合成体系中的影响因素
• 2.2.5 PbSe分级结构的形成机理
• 2.3 CdSe亚微米分级结构的液相合成与同步组装
• 2.3.1 合成背景简介和合成思路的提出
• 2.3.2 实验部分
• 2.3.3 产物形貌的表征
• 2.3.4 产物物相和成分表征
• 2.3.5 各种CdSe亚微米组装结构形成机理的探索
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3O₄三维分级组装结构'>第三章 前驱物模板热转化法合成Co₃O₄三维分级组装结构
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 三种前驱物（碱式碳酸钴）的表征
• 3O₄产物的表征'>3.4 前驱物热处理后获得的Co₃O₄产物的表征
• 3.5 前驱物（碱式碳酸钴组装体）的形成机理
• 3O₄分级组装体的形成机理'>3.6 热解产物Co₃O₄分级组装体的形成机理
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 3空球并热转化获得In₂O₃空球及其相关性能研究'>第四章 软模板诱导合成In（OH）₃空球并热转化获得In₂O₃空球及其相关性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 3产物的表征'>4.3 In（OH）₃产物的表征
• 3空球的形成机理讨论'>4.4 In（OH）₃空球的形成机理讨论
• 2O₃产物的表征'>4.5 In₂O₃产物的表征
• 2O₃空球样品的气敏性能'>4.6 In₂O₃空球样品的气敏性能
• 2O₃空球样品的光催化活性'>4.7 In₂O₃空球样品的光催化活性
• 4.8 本章小结
• 参考文献
• 2空心海胆状纳米组装体及其电化学性能研究'>第五章 自生成模板诱导合成α-MnO₂空心海胆状纳米组装体及其电化学性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 产物的表征
• 2纳米组装体形成机理的研究'>5.4 α-MnO₂纳米组装体形成机理的研究
• 2产物的电化学性质测试'>5.5 α-MnO₂产物的电化学性质测试
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 附录
• 1.博士期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
• 2.致谢