液相合成磁性、金和二氧化钛纳米颗粒

论文摘要

近十年来纳米材料的合成方法有了长足的发展,特别是在纳米颗粒的合成方面,液相合成法已经成为了最重要的方法之一。液相法合成纳米颗粒,即在液相溶液中通过化学反应将可溶性的金属化合物共沉淀为不溶性的固体小颗粒,它包括共沉积法、溶胶凝胶法和微乳法等。该方法具有效率高,适用范围广,合成颗粒质量好等优点。本文综述了液相法合成纳米颗粒的最新进展,同时以氧化铁、金和二氧化钛等材料为研究对象,研究了几种液相合成法在金属及金属氧化物纳米颗粒制备中的应用。主要内容如下:1)通过对高温液相共沉积法的研究,发现大量的表面活性剂可以起到溶剂的作用,从而代替溶剂。表面活性剂作为溶剂,不仅可以简化合成方法,而且可以有效控制纳米结构的化学组成、形貌以及尺寸。本文介绍了一种较为简单的高温液相法,该方法适用于金属、合金以及金属氧化物等纳米结构的制备。利用油酸油胺作为表面活性剂和溶剂,通过控制反应温度和升温速率,可以有效控制金属配合物在反应体系中的热分解过程,得到的纳米结构尺寸均匀,表面包覆有油酸和油胺,不团聚,分散均匀,可以自发的排列成有序的纳米结构。使用透射电镜、X衍射仪、紫外可见分光光度计、振动样品磁强计等物理方法研究了纳米颗粒的光学和磁学等性质,发现纳米结构的物理性质与尺寸和形貌密切相关,为进一步研究纳米颗粒的实际应用提供了实验基础。2)介绍了一种非常简单的制备金纳米颗粒的方法。通过对液液两相法的研究,发现能够得到尺寸均匀的金纳米颗粒的关键因素是合成后的热处理过程。该过程一般采用加热有机试剂硫醇的均相溶液,通过金纳米颗粒之间的消化融合使其颗粒尺寸均匀。将硫醇包覆的金纳米颗粒加热至高温且保持在该温度状态下一段时间,就能够得到尺寸均匀的金纳米颗粒。这一实验现象说明制备硫醇包覆金纳米颗粒的方法并不是唯一的,任何使用硫醇为表面活性剂的制备方法都可以用来制备尺寸均匀的金纳米颗粒。根据这一原理,本文提出一种只使用三种化学试剂的液相制备方法。该方法不仅操作简单,而且制备的金纳米颗粒尺寸非常均匀,可以作为研究纳米颗粒自组装原理的模型材料。通过缓慢挥发不同浓度的金纳米颗粒溶液,得到了二维和三维的超晶格纳米颗粒阵列。3)以表面活性剂为软模板,加入的金纳米颗粒为种子,在水溶液中制备了金纳米棒。通过控制种子溶液的加入量,可以有效控制纳米棒的长度和宽度。一般情况下,加入的种子的量越多,得到的纳米棒就越短。使用透射电镜、扫描电镜、X衍射仪、X衍射线能谱、紫外可见分光光度计、光学显微镜等物理检测设备,对制备的纳米棒以及其自组装阵列进行了研究。发现由于纳米棒的纵向表面积较横向表面积大,因此造成纵向方向上的表面张力非常显著,在其自组装过程中,纵向方向上的表面张力吸引纳米棒相互靠近且平行相接,形成“枕木”式平行结构。在自组装的过程中,纳米棒与球形颗粒选择性的相互分离,最后分布在基底上不同的区域内。4)利用溶胶凝胶法和水热法分别制备了二氧化钛纳米颗粒和纳米管。通过金属配合物与二氧化钛表面羟基的化学反应,在液相中将金属配合物组装在二氧化钛纳米结构的表面,进一步高温灼烧去除有机配体,得到了表面具有过渡金属搀杂的二氧化钛纳米结构。过渡金属搀杂可以有效提高二氧化钛的电荷分离率,从而提高光催化性能。过渡金属原子搀杂在催化剂表面(反应界面),不仅起到电荷分离中心的作用,还可以减少分离后的电荷再次复合的几率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 共沉积法
• 1.2.1 共沉积法的理论研究
• 1.2.2 共沉积法的分类
• 1.3 溶胶凝胶法
• 1.3.1 金属醇盐的化学过程
• 1.3.2 金属阳离子溶胶凝胶过程
• 1.3.3 凝胶的团聚
• 1.3.4 溶胶凝胶法制备纳米颗粒
• 1.3.5 溶胶凝胶法制备核壳式纳米颗粒
• 1.4 微乳法
• 1.4.1 还原金属
• 1.4.2 合成金属氧化物
• 1.4.3 制备其他无机物
• 1.5 本研究工作的选题和目的
• 参考文献
• 第二章 共沉积法和微乳法合成磁性纳米颗粒
• 2.1 引言
• 2.2 四氧化三铁纳米颗粒的制备方法研究
• 2.2.1 四氧化三铁纳米颗粒的合成
• 2.2.2 实验结果
• 2.2.3 分析和讨论
• 2.2.4 结论
• 2.3 钐钴合金纳米晶体
• 2.3.1 钐钴合金的制备
• 2.3.2 实验结果
• 2.3.3 合成路线讨论
• 2.3.4 结论
• 2.4 贵金属包覆的磁性纳米颗粒
• 2.4.1 实验部分
• 2.4.2 实验结果
• 2.4.3 分析和讨论
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 共沉积法制备金纳米颗粒
• 3.1 引言
• 3.2 一种简单的金纳米颗粒制备方法
• 3.2.1 制备水溶性的金纳米颗粒
• 3.2.2 金纳米颗粒的相转移
• 3.2.3 相转移后的热处理
• 3.2.4 其他硫醇包覆的金纳米颗粒
• 3.2.5 金纳米颗粒的有序排列
• 3.2.6 硫醇包覆金纳米颗粒的X射线光电子能谱
• 3.3 一维金纳米颗粒的制备
• 3.3.1 种子溶液的制备
• 3.3.2 金纳米棒的生长
• 3.3.3 金纳米棒的表征
• 3.3.4 金纳米棒的自组装研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 溶胶凝胶法制备和修饰二氧化钛纳米结构
• 4.1 引言
• 4.2 过渡金属表面搀杂的二氧化钛纳米结构
• 4.2.1 过渡金属表面搀杂二氧化钛纳米颗粒的制备
• 4.2.2 实验结果
• 4.2.3 分析和讨论
• 4.3 过渡金属表面搀杂的二氧化钛纳米管
• 4.3.1 过渡金属表面搀杂二氧化钛纳米管的制备
• 4.3.2 结果和讨论
• 4.4 二氧化钛纳米颗粒的有机高分子修饰
• 4.4.1 二氧化钛/聚苯胺复合纳米材料的制备
• 4.4.2 结果和讨论
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论和展望
• 附录Ⅰ 博士在读期间发表论文目录
• 附录Ⅱ 作者简历
• 致谢