纳米氧化铋的制备及表征分析化学

论文摘要

纳米材料的制备与应用已经成为当前研究的热点。铋是一种安全无毒的金属,由于其绿色特征日益受到重视。而氧化铋作为铋的一种重要产物,因其优异的光、电、磁、催化等性能而具有广泛的用途。我国铋资源相当丰富,然而铋产品单一,性能好的Bi203仍需进口,所以发展氧化铋的可控制备技术,对提升铋资源的价值和促进氧化铋粉体的应用具有重要的意义。本论文致力于纳米氧化铋的控制合成,分别采用微乳液法,高分子网络溶胶凝胶法及沉淀法探索其可控制备技术,并运用TEM, SEM, EDS, TG-DSC, XRD等表征方法对制得的产物进行表征,对制备工艺中的主要影响因素进行了研究,并对可控制备的反应机理进行了初步探讨。微乳法中选用TX100/正己醇／环己烷为反应体系,制得了纳米尺寸的氧化铋粒子,粒径大小为80-100 nm。该方法还获得了不同形貌及维度的氧化铋。对制备工艺中的影响因素进行了探索,结果表明含水量是影响产物形貌的主要因素。调节反应体系的含水量依次获得了棒状、六边形及片层结构的氧化铋前体。前体在600℃下煅烧2 h,得到α-Bi2O3晶体,形貌基本保持不变。此外,表面活性剂浓度,反应物浓度及反应时间也能影响产物的形貌。反应时间的影响表明六边形结构由较小的纳米颗粒生长而成,结合含水量对产物形貌的影响,对表面活性的作用机理及不同形貌的形成机理进行了探讨。以丙烯酰胺单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为网络剂,采用高分子网络法制备了粒径大小为40-50 nm的Bi2O3纳米粒子。煅烧温度影响产物的晶型,α-Bi2O3获得的条件是前体在560℃下煅烧2h。调节反应物浓度,pH值能控制产物的粒径。对沉淀法进行了改进,以BiCl3和NaOH为反应原料,在醇-水体系中加热回流直接获得了大量规则的四面体氧化铋晶体。晶体为体心立方Υ-Bi2O3,大小为1-5μm。实验还发现调节分散剂的用量能够起到控制产物形貌的目的。增大分散剂用量,可得到立方体结构的氧化铋。温度对产物晶型及形貌的影响表明适当地提高温度,有利于氧化铋晶体及四面体结构的形成。纯Υ-Bi2O3及具有规则形貌的多面体的形成温度大于或等于75℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料简介
• 1.1.2 纳米材料的性质
• 1.2 金属铋的简介
• 1.3 氧化铋
• 1.3.1 氧化铋的性质
• 1.3.2 氧化铋的应用
• 1.3.3 氧化铋的制备方法概述
• 1.3.4 制备方法小结
• 1.4 微乳液法概述
• 1.4.1 微乳液的类型
• 1.4.2 微乳液的性质及制备方法
• 1.4.3 反相微乳液的简介
• 1.4.4 反相微乳法制备纳米材料的原理
• 1.4.5 微乳液法制备纳米材料的影响因素
• 1.4.6 微乳法的特点
• 1.4.7 微乳液法在纳米材料制备中的应用
• 1.5 本课题研究的目的和意义
• 第二章 微乳法制备纳米氧化铋
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂及仪器
• 2.1.2 稳定微乳体系的确定
• 2.1.3 TritonX-100体系相图的制作
• 2.1.4 纳米氧化铋的制备
• 2.1.5 材料表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 微乳体系的确定
• 2.2.2 氧化铋前体的形成过程中的影响因素考察
• 2.2.3 TG-DSC分析
• 2.2.4 煅烧温度的影响
• 2.2.5 煅烧时间对形貌的影响
• 2.2.6 不同形貌的形成机理研究
• 2.3 小结
• 第三章 高分子网络溶胶凝胶法
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验仪器及试剂
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 产物表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 TG-DSC分析
• 3.2.2 产物的XRD分析
• 3.2.3 产物的TEM分析
• 2O₃形貌、大小及晶型的因素考察'>3.2.4 影响Bi₂O₃形貌、大小及晶型的因素考察
• 3.2.5 高分子网络制备纳米材料原理
• 3.4 小结
• 第四章 沉淀法制备纳米氧化铋
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器及试剂
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 产物表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 产物的XRD分析
• 4.2.2 产物的EDS分析
• 4.2.3 产物形貌分析
• 4.2.4 影响氧化铋形貌及晶型的因素
• 4.2.5 不同形貌的形成机理
• 4.3 醇水法合成材料原理
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果