钙钛矿型复合氧化物的制备、表征及性质研究

论文摘要

钙钛矿型复合氧化物（AB03）是稀土纳米材料的一大主要分支。稀土元素作为新材料宝库,在光、磁、电等方面具有优良的性能,与此同时,这类物质也兼有纳米尺寸引起的特殊效应,因而成为21世纪的新材料,广泛用作固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器、固体燃料电池以及催化剂等。由于钙钛矿被视作能够取代贵金属的一类高效催化剂,引起了学术界的广泛关注及研究热潮。本论文重点研究钙钛矿型复合氧化物的制备工艺及利用纳米技术改善材料的催化活性。具体内容包括：（1） Rattle结构的Ag@LaCoO3光催化剂的制备及性质研究利用水热法制备出最佳形貌的Ag@C纳米粒子作为模板,通过超声分散包覆La3+、Co2+,经过500℃煅烧处理得到黑色粉末,经过XRD, SEM, UV-vis, IR等测试手段分析后,确定了物质的组成为Ag@LaCoO3。并且该产品具备rattle结构,即空心球的中心还包含一个核,该结构同时具有核的特性及外层壳的特性。用制备出的样品进行光催化测试,催化降解亚甲基蓝溶液,实验发现,该样品对于亚甲基蓝具有很好的光催化效率。同时,对于Ag@C纳米粒子的形成条件进行了探讨与研究,通过增大AgNO3的浓度,加入表面活性剂以及氢气保护下退火等手段,利用SEM,IR对样品进行表征,结果发现在180℃,8小时的高压反应釜中形成的Ag@C形貌最佳,为单分散的Ag@C球体,Ag核位于中心位置,外面包裹着碳层。而增大Ag+浓度则会使球体出现多核,甚至出现棒状；加表面活性剂球除了使体厚度增加,还有管状物出现。经过氢气保护下的退火处理后,Ag@C表面除了-OH基团减弱,-CH3基团增强,并无其他明显的变化。（2） La0.6Sr0.4CoO3的制备及表征利用葡萄糖水热碳化做模板吸附离子的一锅合成法制备La0.6Sr0.4CoO3,探讨不同煅烧温度对产品的晶型影响。实验发现,葡萄糖在水热反应中形成的模板碳表面含有大量羟基及羰基基团,能有效地吸附上La、Co、Sr等金属离子,通过一定温度的煅烧后可以去除碳组分,只保留金属所形成的复合氧化物La0.6Sr0.4CoO3。因为传统制备钙钛矿复合氧化物常用的是燃烧法或溶胶凝胶法,本实验在制备方法上相比传统更加简单,绿色环保。并且制出的产品具备较大的比表面积,有利于更好的发挥其催化性能。（3）以EG为模板的LaCo03的制备及表征利用膨胀石墨（EG）做模板,吸附La、Co粒子,前驱物经过高温煅烧,通过SEM观察用EG模板可以吸附上金属离子,并且与碳球做模板不同的是,EG在不超过800℃的高温下不会被去除,因为能在700℃-800℃之间高温煅烧,所以最终形成的产物在XRD图示中出峰非常尖锐,表明其结晶度非常好。而碳球模板在500℃就会被去除,继续升温,原本能保持碳球球形结构的钙钛矿复合氧化物则会塌陷。同时以EG为模板,使得产物又具备一定的空间构型,作为催化材料,能更好的接触被降解物质,应用前景和良好。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 钙钛矿型复合氧化物的概述
• 1.1.1 钙钛矿复合氧化物的分类
• 1.1.1.1 简单钙钛矿
• 1.1.1.2 双钙钛矿
• 1.1.1.3 层状钙钛矿
• 1.1.2 钙钛矿型复合氧化物的制备方法
• 1.1.2.1 溶胶凝胶法（sol-gel process）
• 1.1.2.2 燃烧法（combustion）
• 1.1.2.3 共沉淀法（coprecipitation）
• 1.1.2.4 高能球磨法（high energy ball milling）
• 1.1.2.5 水热合成法（hydro-thermal synthesis）
• 1.1.3 钙钛矿复合材料的研究及发展现状
• §1.2 Rattle结构纳米材料
• 1.2.1 制备方法
• 1.2.1.1 从里到外法（bottom-up approach）
• 1.2.1.2 从外到里法（top-down approach）
• 1.2.1.3 核壳结构自行消去法
• 1.2.1.4 熟化和牺牲模板法
• 1.2.1.5 内核的多功能化
• 1.2.2 rattle结构纳米材料的应用
• §1.3 本论文选题背景及主要内容
• 参考文献
• 3 #18光催化剂的制备及性质研究'>第二章 Rattle结构的Ag@LaCoO₃#18光催化剂的制备及性质研究
• §2.1 引言
• §2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 模板Ag@C的制备
• 3的制备'>2.2.3 Ag@LaCoO₃的制备
• 2.2.4 产物的表征
• 2.2.5 光催化性质测试
• §2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Ag@C模板
• 3'>2.3.2 Rattle结构的Ag@LaCoO₃
• §2.4 本章小结
• 参考文献
• 0.6Sr_0.4CoO₃的制备及表征'>第三章 La_0.6Sr_0.4CoO₃的制备及表征
• §3.1 引言
• §3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 碳球的制备
• 0.6Sr_0.4CoO₃的制备'>3.2.3 La_0.6Sr_0.4CoO₃的制备
• 3.2.4 产物的表征
• §3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳球模板
• 3.3.2 改变温度对产物的影响
• §3.4 本章小结
• 参考文献
• 3 #37的制备及表征'>第四章 以EG为模板的LaCoO₃#37的制备及表征
• §4.1 引言
• §4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 前驱物的制备
• 4.2.3 煅烧处理
• 4.2.4 样品表征
• §4.3 结果与讨论
• 4.3.1 EG模板
• 3'>4.3.2 典型实验条件下制备的EG@LaCoO₃
• §4.4 本章小结
• 参考文献
• 全文总结
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢