铋基无机纳米材料的合成与表征

论文摘要

铋基无机材料,如Bi2S3、Bi2O3、BiFeO3等,在超导、催化、热电、太阳能电池等方面都有重要的应用,因而一直受到人们的重视。纳米材料具有不同于块体材料的特殊性质而在基础研究和科技应用中具有积极重要的地位。近年来,虽然多种形貌的铋基无机纳米材料被合成出来,但是具有规则形貌的高质量的纳米材料仍然有限以及这些纳米材料的尺寸往往较大。本论文主要围绕小尺寸铋基无机纳米粒子的合成而展开。在第二章中,以油酸铋作铋前驱体,硫代乙酰胺作硫前驱体,在油酸存在下,合成了单分散的、超小的约为3 nm的Bi2S3纳米粒子。所得材料具有很高的比表面积,高达305m2g-1。不同的初始Bi:S摩尔比对形貌有重要影响：在Bi/S为1/2时,可以在一个较宽的温度和浓度范围内得到典型的Bi2S3纳米点；在Bi/S为2/3时,会有一些纳米粒子和纤维生成；在Bi/S为1/4时,得到的是约3 nm的Bi2S3纳米点的团聚体。透射电镜研究表明,整个生长过程可以分为两个阶段：第一阶段,成核和生长都很快,而成核在很短时间内就完成了；第二阶段,生长很慢,甚至几乎停止。当温度升高到90℃后,可以看到较为明显的第二阶段的生长现象,即有一些纳米棒生成。在第三章中,以介孔材料SBA-15的介孔孔道作为限制空间和纳米反应器,以Bi（NO3）3·5H2O为铋前驱体,以Fe（NO3）·9H2O为铁前驱体,以醋酸为溶剂和辅助配体,通过浸渍法得到了超小的BiFeO3纳米粒子/SBA-15复合物。实验发现以乙醇为溶剂代替醋酸时,不能得到纯的BiFeO3相。随着焙烧温度的升高,BiFeO3颗粒大小逐渐增大。经过90℃热处理2h后,BiFeO3相仍在一定程度仍能稳定存在。在第四章中,以油酸为螯合剂,便宜的硝酸铋为铋前驱体,醋酸钠为弱碱,在多醇体系下水热合成了粒径较为均一的β-Bi2O3纳米粒子。考察了油酸和碱的用量对形貌和颗粒大小的影响。发现油酸的确起到了限制晶粒长大的作用。随着醋酸钠用量的增多,晶粒尺寸也逐渐降低。当醋酸钠用量为0.41 g时,所得材料具有规则的长条形薄片结构。这些薄片又由许多分散的超小的颗粒组成。当温度为200℃时,部分Bi2O3被油酸还原为尺寸较大的单质铋。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 纳米材料简介
• 1.2 纳米材料的特性和性质
• 1.3 纳米材料的应用
• 1.4 纳米材料化学制备方法
• 1.4.1 均相共沉淀法
• 1.4.2 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 1.4.3 金属有机配合物的热分解法
• 1.4.4 水热和溶剂热法
• 1.4.5 微乳液法（反相胶束法）
• 1.4.6 两相法
• 1.4.7 模板合成法
• 1.4.8 其他方法
• 1.5 铋基无机纳米材料简介
• 2B₃型硫属化合物的基本性能'>1.5.1 A₂B₃型硫属化合物的基本性能
• 2S₃纳米材料的研究进展'>1.5.2 Bi₂S₃纳米材料的研究进展
• 2O₃的基本性能'>1.5.3 Bi₂O₃的基本性能
• 2O₃纳米材料的研究进展'>1.5.4 Bi₂O₃纳米材料的研究进展
• 3的基本性能'>1.5.5 BiFeO₃的基本性能
• 3纳米材料的研究进展'>1.5.6 BiFeO₃纳米材料的研究进展
• 1.5.7 其它铋基材料
• 1.6 论文选题及工作内容
• 参考文献
• 2S₃纳米晶'>第二章 以油酸铋复合物为铋前驱体制备超小的Bi₂S₃纳米晶
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 油酸铋复合物的合成
• 2.2.3 硫化铋纳米晶的合成
• 2.2.4 硫化铋纳米晶的提纯
• 2.2.5 材料的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同初始Bi/S摩尔比对形貌的影响
• 2.3.2 不同反应温度对形貌的影响
• 2.3.3 溶剂对形貌的影响
• 2.3.4 合成机理
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3纳米粒子/SBA-15复合材料的制备'>第三章 BiFeO₃纳米粒子/SBA-15复合材料的制备
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3的合成'>3.2.2 纯FeBiO₃的合成
• 3.2.3 SBA-15的合成
• 3纳米粒子/SBA-15复合材料的合成'>3.2.4 FeBiO₃纳米粒子/SBA-15复合材料的合成
• 3.2.5 材料的结构表征
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 模板SBA-15
• 3.3.2 配体和溶剂的选择
• 3.3.3 温度的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 多醇介质中水解合成氧化铋纳米粒子
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 2O₃纳米材料的合成'>4.2.2 Bi₂O₃纳米材料的合成
• 4.2.3 材料的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 全文总结
• 附录1
• 附录2
• 致谢