稀土化合物纳米材料的调控合成与性质研究

论文摘要

稀土化合物纳米材料在催化、光学、生物分析等诸多领域有着广泛的应用前景。发展稀土化合物纳米材料的控制合成方法、探索其生长机制、深入研究其结构形貌与性能之间的关联具有重要的意义。本论文就液相调控合成稀土化合物纳米材料进行研究,探讨了稀土化合物纳米材料的结构、形貌和性质之间的关联,构建了乙二醇溶剂热体系合成稀土化合物及其复合功能材料纳米晶和纳米空心结构的新方法。通过油酸辅助的水热体系制备了不同形貌和晶体结构的NaYF4纳米晶;发展了水热法合成多枝状NaYF4纳米晶和NH4Ln2F7纳米空心球的方法。以稀土复合氟化物为模型,详细研究了反应参数对纳米晶的形貌和成相规律的影响,探讨了镧系收缩对稀土复合氟化物的晶体结构、物理性质和纳米晶形貌的影响;探索和总结了纳米晶的成核、生长以及相转变过程中的本质的物理化学规律。设计和发展了一种不添加其他表面活性剂,以乙二醇和水为混合溶剂,在溶剂热的条件下合成单分散稀土正钒酸盐纳米晶的新方法。将乙二醇溶剂热合成方法由稀土正钒酸盐纳米晶体系扩展到二氧化铈及其复合氧化物纳米晶体系。通过在体系中引入短链有机酸,制备了一系列不同形貌的CeO2的纳米结构(球型、多面体型、介孔纳米球、空心纳米球)。以CeO2纳米球为前驱体,构建了铈锆氧和铈钛氧固溶体空心球结构,提出并验证了空心球基于柯肯达尔效应的形成机制。CeO2及其复合氧化物是重要的助催化材料,采用本方法制备的一系列CeO2基纳米材料具有较高的比表面积和良好的热稳定性,在催化领域具有可期待的应用前景。进一步将乙二醇溶剂热合成方法的应用范围由稀土化合物纳米晶扩展到稀土复合功能纳米材料的合成。利用浓硝酸氧化乙二醇和催化乙二醇缩合的反应,发展了一步法制备多功能稀土有机无机杂化胶囊的新方法。该杂化胶囊具有可进行化学修饰和表面包覆的功能性表面,并表现出特征的光学和磁学特性,在生物分析、药物传送等领域具有一定的应用前景。将银离子在乙二醇中还原反应与其串联起来,构建了一系列银和稀土有机无机复合纳米结构;以其为前驱物,发展了一种制备银和稀土氧化物复合纳米空心球的新方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 纳米材料的概述
• 1.2.1 形貌和结构对纳米材料的性能的影响
• 1.2.2 纳米材料的合成方法
• 1.3 稀土化合物纳米材料的性能和应用
• 1.3.1 稀土荧光纳米材料
• 1.3.2 稀土纳米催化材料
• 1.3.3 稀土复合纳米材料
• 1.3.4 其它稀土纳米材料
• 1.4 稀土化合物纳米材料的合成的研究进展
• 1.4.1 稀土化合物单分散纳米晶
• 1.4.2 稀土化合物空心纳米结构
• 1.4.3 稀土化合物核壳纳米结构
• 1.4.4 稀土化合物纳米晶的生长机制
• 1.5 本论文的选题思路与主要研究内容
• 1.5.1 选题思路
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 稀土复合氟化物纳米晶的调控合成和性质研究
• 2.1 引言
• 4 纳米晶的调控合成和表征'>2.2 单分散NaYF₄纳米晶的调控合成和表征
• 2.2.1 实验方法
• 4 纳米晶结构形貌表征'>2.2.2 立方相 NaYF₄纳米晶结构形貌表征
• 4 纳米晶的可控合成、表征和机理研究'>2.2.3 六方相 NaYF₄纳米晶的可控合成、表征和机理研究
• 4 纳米晶体相转变的规律和相转变中存在的尺寸效应'>2.2.4 NaYF₄纳米晶体相转变的规律和相转变中存在的尺寸效应
• 4 纳米晶的合成和荧光性能研究'>2.3 多角状NaYF₄纳米晶的合成和荧光性能研究
• 2.3.1 实验方法
• 4 纳米晶的表征和生长模式'>2.3.2 多角状 NaYF₄纳米晶的表征和生长模式
• 4 纳米晶的荧光性质'>2.3.3 稀土离子掺杂NaYF₄纳米晶的荧光性质
• 4:Er³⁺/Yb³⁺和聚苯乙烯复合荧光材料的合成和表征'>2.3.4 NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺和聚苯乙烯复合荧光材料的合成和表征
• 4Ln₂F₇ 空心球的合成和表征'>2.4 NH₄Ln₂F₇空心球的合成和表征
• 2.4.1 实验方法
• 4Ln₂F₇ 成相规律的影响'>2.4.2 镧系收缩对NH₄Ln₂F₇成相规律的影响
• 4Ln₂F₇（Ln = Y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu）空心球的表征'>2.4.3 NH₄Ln₂F₇（Ln = Y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu）空心球的表征
• 4Y₂F₇:Er³⁺/Yb³⁺上转换荧光性质研究'>2.4.4 NH₄Y₂F₇:Er³⁺/Yb³⁺上转换荧光性质研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 稀土钒酸盐纳米晶的调控合成与性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 反应路线设计
• 3.3 实验方法
• 3.4 稀土钒酸盐纳米晶的结构和形貌表征
• 3.4.1 钒酸镧纳米球的结构和形貌表征
• 3.4.2 钒酸铒纳米晶的结构和形貌表征
• 3.4.3 稀土钒酸盐纳米晶的结构和形貌表征
• 3.4.4 稀土钒酸盐纳米晶的结构特征和生长机制
• 3.5 稀土钒酸盐纳米晶的形貌调控
• 3.5.1 pH 值的影响
• 3.5.2 反应物摩尔比的影响
• 3.6 稀土离子掺杂的稀土钒酸盐纳米晶的荧光性质研究
• 3.7 本章小结
• 2 及其复合氧化物纳米晶的调控合成和性质研究'>第4章 CeO₂及其复合氧化物纳米晶的调控合成和性质研究
• 4.1 引言
• 2 纳米结构的调控合成和表征'>4.2 CeO₂纳米结构的调控合成和表征
• 4.2.1 反应路线设计
• 4.2.2 实验方法
• 2 纳米晶'>4.2.3 CeO₂纳米晶
• 2 空心球'>4.2.4 CeO₂空心球
• 2 介孔纳米球'>4.2.5 CeO₂介孔纳米球
• 2 催化剂催化性能的研究'>4.3 Ag/CeO₂催化剂催化性能的研究
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 结果和表征
• 1-xZr_xO₂ 固溶体空心球的调控合成'>4.4 Ce_1-xZr_xO₂固溶体空心球的调控合成
• 4.4.1 反应路线设计
• 4.4.2 实验方法
• 4.4.3 结构和形貌表征
• 4.4.4 形成机理讨论
• 1-xTi_xO₂ 固溶体空心球的调控合成'>4.5 Ce_1-xTi_xO₂固溶体空心球的调控合成
• 4.5.1 实验方法
• 4.5.2 结果和讨论
• 4.6 本章小结
• 第5章 稀土复合纳米材料的调控合成和性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 多功能稀土有机无机杂化胶囊的调控合成和性质研究
• 5.2.1 反应路线设计
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 形貌和结构表征
• 5.2.4 性质表征
• 5.2.5 形成机理探讨
• 5.2.6 表面修饰和表面包覆
• 5.3 银和稀土有机无机复合纳米结构的合成和表征
• 5.3.1 反应路线设计
• 5.3.2 实验方法
• 5.3.3 Ag& Y 复合纳米结构的表征
• 5.3.4 银和稀土杂化胶囊的纳米复合结构的表征
• 5.3.5 二元稀土杂化胶囊和银的复合纳米结构的表征
• 2 纳米电缆的合成和表征'>5.4 Ag@ CeO₂纳米电缆的合成和表征
• 5.4.1 实验方法
• 5.4.2 结果与讨论
• 5.5 稀土氧化物和Ag 复合纳米结构的合成和催化性质研究
• 5.5.1 反应路线设计
• 5.5.2 实验方法
• 5.5.3 结果和讨论
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果