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金属氧化物纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质,可应用于催化、吸附、锂离子电池、超级电容器、电化学传感器、药物输送等领域。金属氧化物纳米材料的催化性质与其组成、尺寸和形貌密切相关。不同形貌纳米材料具有不同的暴露晶面,通过控制形貌,可选择性地暴露高活性或特定能量晶面,从而大幅度提升催化反应性能。论文主要通过水热法可控合成不同形貌的ZnO、CeO2和CexZr1-xO2(0.5≤x<1)和Ga2O3纳米材料并研究它们的催化性能,内容分为以下三部分: (1)一维ZnO材料合成。首先,利用Na2CO3和NaOH作为沉淀剂分别合成碱式碳酸锌和碱式氯化锌前驱体。随后,在NaOH和NH3·H2O溶液分别陈化前驱体。碱式碳酸锌在NaOH溶液生长为尖头ZnO纳米棒,在NH3·H2O溶液中生成平头ZnO六方柱;碱式氯化锌在以上两种碱液中只能生长为无定型的ZnO颗粒。结果表明,前驱体结构中碳酸根离子可能有利于一维ZnO材料的合成。碱式碳酸锌在NH3·H2O溶液会配位形成Zn(NH3)42+,导致ZnO成核和生长速度慢于其在NaOH溶液,因此,两种碱液中形成ZnO结构不同。 (2)一维CeO2和CexZr1-xO2(0.5≤x<1)纳米棒合成与硝基苯加氢性能研究。通过调节沉淀速度、溶剂体积、Ce:OH投料比、晶化温度等反应条件,在Ce:OH投料比为1:240,晶化温度为100℃反应24 h,能够得到较为规整的CeO2和CexZr1-xO2(x=0.9,0.8)纳米棒。合成的CeO2和CexZr1-xO2(x=0.9,0.8)纳米棒和CeO2粒子分别负载1wt.%Pt进行硝基苯加氢。结果表明,随着CeO2和CexZr1-xO2纳米棒中Zr含量增加,苯胺选择性下降;CeO2纳米棒作为载体比CeO2纳米粒子具有更高的苯胺选择性,体现了催化的形貌效应。 (3)不同形貌β-Ga2O3纳米材料的合成与丙烷脱氢性能研究。分别以(NH2)2CO、NH3·H2O和NaOH为沉淀剂,调控反应体系的pH值和反应温度等条件,在水热条件下合成β-Ga2O3纳米棒和纳米粒子。以丙烷脱氢反应为探针,β-Ga2O3纳米棒和纳米粒子形貌催化效应不明显。初步分析焙烧温度过高导致β-Ga2O3表面积较小,丙烷脱氢温度过高也会导致选择性下降,未来将继续优化纳米材料的合成与丙烷测试条件。