水热体系中表面活性剂辅助制备中空结构金属氧化物及性质研究

论文摘要

空心微纳米结构作为复杂纳米结构的一种特殊结构和形貌,是最近几年化学和材料科学的一个日益重要的研究领域。通过对α-Fe2O3制备方法的研究,可以看出大量的制备方法都集中在直接沉淀法,所以在本篇论文里,以Fe2+和S2O82-为原料通过氧化还原方法、在水热体系中首次合成了环状α-Fe2O3纳米结构。通过对实验条件（温度、反应物浓度、反应时间）的研究,发现反应条件对产物的最终形貌起到了很重要的作用,各向异性生长是制备环状结构的主要原因。通过对不同形貌α-Fe2O3磁性的研究认为产物形貌的各向异性直接影响了产物的矫顽力,环状α-Fe2O3的矫顽力大与刺猬状结构,是因为对于环状α-Fe2O3来说的磁各向异性Ks大于刺猬状结构。在该反应中表面活性剂PEG起到了保护剂、引导剂的作用。一步、无模板、液相方法成功合成出Fe2O3中空球结构。分别通过两种路线一步法得到了中空的无定形Fe2O3和结晶态α-Fe2O3球状结构。并且发现可以通过调节H2PO4-的浓度和其他酸式离子,得到了树枝状的α-Fe2O3。光催化实验说明中空结构Fe2O3具有很好的光催化性能,是因为中空结构具有很高的比表面积。鉴于非球形α-Fe2O3中空结构的优良性能,利用PEG在甲醇和水混合溶剂中的模板作用,利用Ostwald ripening理论制备中空纺锤体α-Fe2O3。并首次研究了中空纺锤体与中空球体结构的磁学特性,发现中空结构的α-Fe2O3磁学特性主要由两个方面决定,一是中空结构的形貌,二是壳层粒子形貌。通过对反应条件及反应机理的研究,发现反应物的种类,物质释放速度直接影响产物的形貌,为制备中空结构提供了一个很好的思路。其中表面活性剂起到了分散剂的作用。在水热体系中,通过简单的表面活性剂（PEG, TBAB, DBSA）引导的方法得到了新颖的Fe3O4纳米带、Co3O4纳米片,MnO2械状结构。作为基础化学研究者来说,以简易的方法,在有限的实验条件下实现产物的批量生产是大家长期的愿望。在本论文中,我们以简单的水热方法,在体系中引入表面活性剂,控制反应物的反应速率,产物的成核速度,晶体的生长速度等其他因素实现在简单体系中合成了新颖形貌的中空纳米材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 纳米材料概述
• 1.1.1 纳米材料
• 1.1.2 纳米材料的性质
• 1.1.3 纳米材料的制备方法
• 1.1.4 纳米材料的应用
• 1.1.5 纳米材料的表征
• 1.2 空心微纳米结构的制备及应用
• 1.2.1 空心微纳米结构的制备
• 1.2.2 空心微球结构材料的应用
• 1.3 两亲分子在纳米材料合成中的应用
• 1.3.1 表面活性剂及其分子有序组合体
• 1.3.2 表面活性剂自组装体在制备纳米材料中的作用
• 1.4 选题背景
• 参考文献
• 2O₃'>第二章 水热体系中合成环状α-Fe₂O₃
• 2.1 引言
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 仪器
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 结构与形貌
• 2.3.2 反应时间对形貌的影响
• 2.3.3 温度对形貌的影响
• 2.3.4 PEG 浓度对产物形貌的影响
• 2.3.5 磁学特性
• 2.3.6 光催化特性
• 2.4 结论
• 参考文献
• 2O₃中空球'>第三章 无模板法合成新颖的Fe₂O₃中空球
• 2O₃中空球'>3.1 以氧化还原法合成Fe₂O₃中空球
• 3.1.1 前言
• 3.1.2 实验过程
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.1.4 结论
• 2O₃中空结构'>3.2 以直接沉淀法合成Fe₂O₃中空结构
• 3.2.1 前言
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.4 小结
• 参考文献
• 2O₃纺锤体：合成、形成机理、磁学和光学特'>第四章 单分散中空α-Fe₂O₃纺锤体：合成、形成机理、磁学和光学特
• 4.1 前言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 样品的 XRD 谱图
• 4.3.2 样品的TEM 和SEM 照片
• 4.3.3 温度对产物形貌的影响
• -浓度和表面活性剂对产物形貌的影响'>4.3.4 溶剂、OH^-浓度和表面活性剂对产物形貌的影响
• 4.3.5 形成机理
• 4.3.6 磁学特性
• 4.3.7 光催化特性
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 表面活性剂辅助水热体系中制备金属氧化物
• 3O₄纳米带'>5.1 PEG辅助制备Fe₃O₄纳米带
• 5.1.1 前言
• 5.1.2 实验过程
• 5.1.3 结果与讨论
• 5.1.4 结论
• 参考文献
• 3O₄纳米材料'>5.2 SDS辅助水热法制备Co₃O₄纳米材料
• 5.2.1 前言
• 5.2.2 实验过程
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.2.4 结论
• 参考文献
• 2楔形结构'>5.3 DBSA辅助的水热体系中制备MnO₂楔形结构
• 5.3.1 前言
• 5.3.2 实验过程
• 5.3.3 结果与讨论
• 5.3.4 结论
• 参考文献
• 结论
• 2O₃纳米材料的制备'>1. 环状α-Fe₂O₃纳米材料的制备
• 2O₃中空球结构的制备'>2.无定性和晶态Fe₂O₃中空球结构的制备
• 2O₃中空纺锤体结构'>3. PEG模板法制备α-Fe₂O₃中空纺锤体结构
• 3O₄纳米带、Co₃O₄纳米片,MnO₂械状结构'>4. 表面活性剂引导法制备Fe₃O₄纳米带、Co₃O₄纳米片,MnO₂械状结构
• 在学期间公开发表论文及著作情况
• 致谢