几种一维无机纳米材料的液相合成及机理研究

论文摘要

合成一维无机纳米材料,探索其合成方法与调控机制,实现对尺寸、维度及物性的有效调控,对深入研究材料结构与性能的关系具有重要的意义。本论文旨在探索合成一维无机纳米材料液相控制合成新思路,通过设计合理的反应路线、控制实验参数,在水热和声化学方法制备纳米材料的基础上合成Ni（SO4）0.3（OH）1.4、NiO、CdCO3、CdO、CaSn（OH）6、CaCO3等多种功能纳米材料的一维纳米结构,包括纳米片、纳米线和纳米带,以及单晶纳米管等,并深入研究了它们的生长机理和相关性质。具体归纳如下:（1）以低成本无机小分子-氨水分子为配位剂,与Ni2+离子配合形成[Ni（NH3）6]2+配合离子,以无水乙醇/水为溶剂限制配合离子的水解速度,采用一个简单、无模板的水热方法合成了(Ni（SO4）0.3（OH）1.4)纳米带,并实现了控制纳米材料形貌的目的。另外,经过不同温度的热处理,获得了多种形貌的晶体NiO和无定形硫酸镍混合物纳米结构,例如:纳米带、多孔纳米带和纳米颗粒。详细的机理研究表明,硫酸根基团对于纳米带的形成起着重要的作用。该方法简单、成本低廉、产率高,易于大规模生产。初步研究还表明,该方法可成功推广至合成其他过渡金属状化合物,显示了该方法可普遍用于合成其它无机层状化合物。（2）在低温、无模板的条件下,利用液相法得到了形貌可控的CdCO3纳米晶,通过实验参数的调整可得到纳米线、纳米带和纳米片等形貌,尤其还获得了一维分等级复杂结构的CdCO3纳米晶体。机理研究表明,溶液中单体的净扩散流量对于晶体的生长性质和形貌控制有至关重要的影响。在我们的实验中,通过调控氨水的浓度、温度等反应条件可以方便地控制溶液中单体的净扩散流量,从而实现了对于CdCO3纳米晶体的生长模式和形貌的控制。另外,通过对CdCO3纳米晶进行适当的热处理,本工作还首次得到了多种形貌的多孔CdO纳米单晶材料,为制备Ⅱ-Ⅵ族一维纳米半导体单晶材料提供了一种简单且具有规模化生产前景的新途径。（3）采用声化学方法,在不使用任何模板的条件下,通过简单的超声处理我们首次得到了CaSn（OH）6纳米管单晶和多种形貌的CaCO3单晶一维纳米结构,如:纳米线,纳米片,以及少见的六方纳米盘。在合成过程中我们发现:这些纳米线和纳米管的形成和晶化过程明显地受到合成环境中所包含的异类无机阴离子以及溶液pH值的影响。通过研究介稳的随时间变化的中间状态,探索了晶化控制的影响因素以及晶化与空间限域之间的复杂的相互作用,从而对纳米管和纳米线的形成机制进行了合理理解,并且这种新颖的简单的纳米管合成方法及其生长机理为其他纳米管材料的合成提供了一定的指导作用。利用同样的方法,我们还成功合成了SrSn（OH）6、BaSn（OH）6、SrCO3和BaCO3纳米线或纳米棒。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 一维纳米材料的可控液相合成的原理、方法
• 1.1 可控液相合成纳米材料的基本原理
• 1.1.1 成核生长的基本理论及纳米晶合成的动力学过程分析
• 1.1.2 成核阶段的控制
• 1.1.3 生长阶段的控制
• 1.1.4 熟化过程的控制
• 1.2 一维纳米材料的可控液相合成方法
• 1.2.1 恒压液相反应方法
• 1.2.2 非恒压液相反应途径
• 1.2.3 自组装
• 1.2.4 综合实验技术在液相制备中的运用
• 1.3 非碳无机纳米管
• 1.3.1 非碳无机纳米管合成的简述
• 1.3.2 金属硫化物纳米管
• 1.3.3 金属氧化物纳米管
• 1.4 准一维材料液相合成的最新进展与展望
• 1.4.1 尺寸控制
• 1.4.2 动力学形貌控制
• 1.5 一维纳米材料的性质及应用展望
• 1.6 本论文的选题背景和研究内容
• 参考文献
• 4）_0.3（OH）_1.4纳米带的合成、性质及相应氧化物的形成'>第二章 NI（SO₄）_0.3（OH）_1.4纳米带的合成、性质及相应氧化物的形成
• 2.1 导言
• 2.2 实验部分
• 4）_0.3（OH）_1.4纳米带的制备'>2.2.1 Ni（SO₄）_0.3（OH）_1.4纳米带的制备
• 4）_0.3（OH）_1.4纳米带的结构表征'>2.2.2 Ni（SO₄）_0.3（OH）_1.4纳米带的结构表征
• 4）_0.3（OH）_1.4纳米带电极的制各'>2.2.3 Ni（SO₄）_0.3（OH）_1.4纳米带电极的制各
• 4）_0.3（OH）_1.4的电化学性能测试'>2.2.4 Ni（SO₄）_0.3（OH）_1.4的电化学性能测试
• 2.3 实验结果和讨论
• 4）_0.3（OH）_1.4纳米带的XRD,SEM和TEM结果'>2.3.1 Ni（SO₄）_0.3（OH）_1.4纳米带的XRD,SEM和TEM结果
• 4）_0.3（OH）_1.4形成的影响因素研究'>2.3.2 Ni（SO₄）_0.3（OH）_1.4形成的影响因素研究
• 4）_0.3（OH）_1.4作为可充放电电池正极的电化学性质测试'>2.4 NI（SO₄）_0.3（OH）_1.4作为可充放电电池正极的电化学性质测试
• 4）_0.3（OH）_1.4纳米带的热稳定性及NIO多孔纳米带的生成'>2.5 NI（SO₄）_0.3（OH）_1.4纳米带的热稳定性及NIO多孔纳米带的生成
• 2.6 单成分Co-LDH的合成及形貌控制
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 多种形貌的碳酸镉纳米晶的可控合成
• 3.1 导言
• 3.2 合成思路
• 3.3 实验部分
• 3纳米晶的制备'>3.3.1 CdCO₃纳米晶的制备
• 3纳米晶的表征'>3.3.2 CdCO₃纳米晶的表征
• 3.4 实验结果和讨论
• 3纳米带的XRD,SEM和TEM结果'>3.4.1 CdCO₃纳米带的XRD,SEM和TEM结果
• 3纳米线和纳米带的合成分析'>3.4.2 CdCO₃纳米线和纳米带的合成分析
• 3一维等级结构的合成'>3.4.3 CdCO₃一维等级结构的合成
• 3纳米晶合成机理的解释'>3.4.4 CdCO₃纳米晶合成机理的解释
• 3.5 CdO多孔纳米带的合成
• 3.5.1 CdO一维纳米材料的性能
• 3.5.2 CdO多孔纳米带的形貌和晶相分析
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 声化学方法合成碱土金属锡酸盐和碳酸盐一维纳米材料
• 4.1 导言
• 4.2 超声与晶化
• 4.2.1 超声沉淀法简述
• 4.2.2 超声与晶化控制
• 4.3 羟基锡酸钙纳米材料的超声合成及表征
• 6纳米管的合成过程'>4.3.1 CaSn（OH）₆纳米管的合成过程
• 4.3.2 结构表征
• 4.3.3 结果和讨论
• 4.4 多种形貌碳酸钙纳米晶的可控合成
• 4.4.1 碳酸钙纳米晶的合成简述
• 4.4.2 单晶碳酸钙纳米线的合成过程
• 4.4.3 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 已发表论文
• 致谢