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纳米LaMnO3具有许多独特的物理、化学特性,在燃料电池、电解质、催化剂等方面具有潜在的应用前景。凝胶-燃烧合成是将湿化学法和传统的燃烧合成技术结合起来,以制备超细甚至纳米金属氧化物的一种新工艺。因此,系统地开展各工艺参数对凝胶-燃烧合成过程及合成的纳米LaMnO3特性的影响等方面的研究,对于进一步认识和完善凝胶-燃烧合成技术,并促进该技术的发展和纳米LaMnO3的应用,均具有重要的意义。 本文以纳米LaMnO3为研究对象,采用X射线衍射(XRD)、差热分析(TG/DTA)、红外光谱分析(FT-IR)以及扫描电镜(SEM)等分析手段,系统研究了前驱体溶液中燃料的种类、硝酸盐与燃料的摩尔比、前驱体溶液的pH值等工艺参数,对凝胶的形成、燃烧过程及合成产物的晶粒尺寸、晶体结构以及颗粒形貌和团聚程度的影响,获得了如下研究结果。 在常用的有机燃料(尿素、柠檬酸和甘氨酸)中,柠檬酸不仅可以与硝酸盐形成凝胶,而且形成的凝胶可以顺利发生燃烧合成反应,合成所需的LaMnO3材料。因此,在本实验条件下,可优选柠檬酸为有机燃料(还原剂),硝酸盐(硝酸镧和硝酸锰)为氧化剂。 硝酸盐和柠檬酸的摩尔比(M)明显地影响凝胶的燃烧合成过程、合成产物的相组成和晶粒尺寸。随着M从2:1转变到1:3,凝胶的点燃温度升高,燃烧速率下降,合成粉末的平均晶粒尺寸增加,晶体结构从立方晶系向正交晶系(斜方晶系)转变。综合考虑硝酸盐与柠檬酸的摩尔比对凝胶的形成、特性、燃烧过程及合成产物的特点等因素,可以将硝酸盐与柠檬酸的摩尔比优化为1:1。 前驱体溶液的pH值对所形成凝胶的结构、燃烧过程和合成产物的特性也有一定的影响。当pH值比较高时,凝胶中含有的NH4NO3在加热过程中发生分解,释放的大量气体,使凝胶体现出蜂窝多孔的结构特征。随着pH值增加,凝胶的燃烧速率增加,燃烧更加迅速和剧烈,合成粉末的晶粒尺寸减小。 纳米LaMnO3的凝胶-燃烧合成工艺可以优化为:选择柠檬酸为燃料,硝酸盐与柠檬酸的摩尔比M=1:1,硝酸盐与柠檬酸溶液的pH=7。在此条件下,凝胶不仅容易形成,而且在350℃即可顺利发生自蔓延快速燃烧,且合成的产物经过800℃煅烧2h后,可以获得分散性好,粒径小(?50nm)的LaMnO3粉末。