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软化学法,作为材料制备的一类新手段,因其具有反应物的分子尺寸均匀混合、掺杂量的准确控制、多组分体系的高纯度合成、形貌和颗粒大小可控等诸多优点,而受到广泛的关注。本文采用软化学法合成了两种具有不同功能的复合氧化物材料:磁电阻材料和光催化剂材料,并分别对其输运性质和光催化性能进行了研究。目的是为了从不同角度来研究软化学法对复合氧化物合成及性能的影响。本研究将对深入理解合成工艺与材料性能之间的关系,开发具有实用价值的复合氧化物功能型材料具有重要意义。 采用软化学法中的溶胶-凝胶法和水热与溶剂热法分别合成了两类具有类似结构和不同性能的复合氧化物:层状钙钛矿结构锰氧化物以及钙钛矿结构的钽酸盐、钛酸盐。研究结果表明,一方面,利用软化学法合成复合氧化物可使反应温度降低、反应时间缩短,从而减小了能耗;另一方面,元素掺杂变得更加容易,并且可以通过调变反应条件对颗粒的形貌和尺寸进行控制,达到了从最初材料的合成与制备上就对其性能进行控制的目的。 为了研究软化学法对复合氧化物性能的影响,对所合成复合氧化物Sm2-2xSr1+2x-2yCa2yMn2O7的输运性质进行了研究,尤其关注了颗粒粒度对磁电阻效应的影响。研究结果表明,随着粒子尺寸的减小,磁电阻效应增大,这与载流子在晶界间的自旋相关散射有关。与固相法相比,利用溶胶-凝胶法制备的样品颗粒较小,因此,软化学法有利于磁电阻材料性能的提高;此外,复合氧化物Sm1.4Sr1.2Ca0.4Mn2O7具有巨大的磁电阻效应,磁电阻MR达98.55%(88K,5T),这种巨大的MR对材料的应用具有重大意义。 通过对Sm2-2xSr1+2x-2yCa2yMn2O7性能研究发现,样品的输运性质与二价碱土金属的掺杂量有很大的关系。随着掺杂量的增加,样品的电阻率增大,金属-绝缘体转变消失。这是由于化合物中巡游电子数量的减少和双交换作用减弱而导致的。此外,对样品的低温导电机制的研究结果表明,变程跳跃导电机制起着主导性的作用。此研究结果对充分理解二维层状钙钛矿锰氧化物的输运性质具有一定的参考意义。 对复合氧化物NaTaO3光催化性能的研究结果表明,与高温固相法相比,利用水热法合成的光催化剂材料具有更高的光催化活性,这主要是由于采用水热法所制备的粒子具有更大的比表面积而导致的,这就可以通过改变合成条件来提高光催化活性;反应时间、反应温度和碱的浓度都对催化活性具有较大的影响。研究还发现,结晶度而不是比表面积成为决定NaTaO3光催化活性的最重要的因素,这是因为结晶度提高,意味着缺陷的减少,进而降低电子-空穴对复合的几率,从而提高光催化活性。这为开发新型高效的光催化剂提供了很好的思路。 光催化研究的最终目标是开发可见光光催化剂,因此,采用溶剂热法对SrTiO3催化剂进行了过渡金属元素Cr、Fe掺杂。研究发现,对只具有紫外光吸收的光催化剂SrTiO3进行过渡金属掺杂后,催化剂具有可见光催化活性,并且提高了光催化活性,使制氢速率达27.92μmol·h-1·gcat-1。能带结构分析表明,这种改性主要是由于在带隙的中部出现了杂质态,压缩了禁带宽度,因此,可以利用能量较低的可见光来激发电子,提高太阳能的利用率。这为理解掺杂后催化剂具有可见光催化活性提供了理论依据,也为开发新型高效的可见光催化剂提供了一个有效途径。