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本文将超声辐射应用于功能纳米材料的制备,在液相体系中,通过设计不同的反应路径,合成了一系列ABO4型化合物和ⅡB—ⅥA族半导体金属氧化物、硫化物和硒化物纳米材料。通过控制反应的条件,在一定范围内实现了对产品相态、尺寸及形态的有效控制。我们利用粉末X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对产品的晶相结构、尺寸、形态、成分及纯度进行了表征,并通过拉曼光谱和荧光光谱对产品的光学性能进行了研究。与此同时,我们还对超声辐射条件下纳米材料的形成过程及机制进行了研究与探讨,提出了可能的超声诱导的生长机理。具体内容如下:
1.一维BiPO4纳米棒和二维BiOCl纳米片:快速低温超声合成,表征和生长机理研究。通过超声化学方法在无表面活性剂/配位剂的体系中制备得到规则的BiPO4纳米棒和BiOCl纳米片。对产物进行了X射线粉末衍射,透射电子显微镜,选区电子衍射,场发射扫描电子显微镜,高分辨透射电子显微镜和拉曼光谱表征。研究了pH值和超声辐射对产物相态及形貌的影响,讨论了一维和二维结构的超声形成机理。不同反应时间的透射电子显微镜图象表明了超声诱导下的成核和定向附着的生长机理。
2.超声化学法合成PbWO4纳米粒子。在水溶液体系中,以柠檬酸三钠(TSC)为配位剂,室温下通过一种温和的超声途径反应得到PbWO4球形纳米粒子。对产物进行了X射线粉末衍射、透射电子显微镜和荧光表征。得到的PbWOa纳米晶体为四方结构,平均尺寸约10 nm。研究了不同反应条件对产物形态的影响。
3.超声化学法合成形态演变的PbWO4光学纳米晶体。通过温和的超声途径,在配位剂氨三乙酸(NTA)的存在下,在水溶液体系中成功地制备了具有不同形态的PbWO4纳米结构,如多面体、纺锤体和量子点。通过控制反应条件,可以选择性地合成具有不同形态的产物。同时通过跟踪反应进程,提出了纺锤状产物的超声诱导的定向附着生长机理。研究了不同形态PbWO4的拉曼光谱和室温荧光光谱。
4.超声化学法合成具有枝状、花形和星形结构的PbWO4晶体。通过一种快捷的乙二醇(EG)辅助的超声方法制备了具有枝状、花形和星形结构的PbWO4晶体。乙二醇的浓度和超声辐射对最终产物的形态控制具有重要影响。通过跟踪反应进程研究了反应机理,提出了伴随Ostwald ripening的定向附着生长机理。研究了产物的光学性质,包括拉曼和荧光光谱。
5.PbWO4空心纳米纺锤的快速超声化学合成。首次通过超声化学方法以P123(EO20PO70EO20)辅助合成了新型的PbWO4空心纳米纺锤。三嵌段共聚物在空心纺锤的形成过程中作为结构导向剂,具有重要作用。探讨了空心纳米结构形成的可能的现场胶束模板生长机理。研究了产物的光学性质,令人兴奋的是,制备得到的PbWO4空心纳米结构与实心结构相比显示出相当高的室温荧光强度。
6.超声化学法合成具有可控形态及高荧光特性的Sb(Ⅲ)掺杂PbWO4晶体。通过一种简便的P123(EO20PO70EO20)辅助的超声化学方法合成了具有可控形态和强绿光发射的Sb(Ⅲ)掺杂PbWO4单晶。表面活性剂P123对最终产物的形态控制起着重要作用。通过跟踪反应进程研究了产物的生长过程,提出了伴随Ostwaldripening的定向附着的生长机理。研究了掺杂PbWO4单晶的光学性质,包括拉曼和荧光光谱。在合适的Sb掺杂浓度下,不同形态的掺杂PbWO4样品的室温荧光光谱显示出比未掺杂样品更高的荧光强度。这是第一例以超声化学方法制备的掺杂光学纳米材料。
7.Zn系列Ⅱ—Ⅵ族半导体纳米球、空心球和核壳结构纳米晶体的快速合成。阐述了一种简便的化学转化方法直接合成纳米晶态的ZnE(E=O,S,Se)半导体纳米球、空心球和核壳结构。以单分散的ZnO纳米球为初始反应物和现场模板,通过超声辅助的液相转化路线可以制备ZnS、ZnSe的实心和空心纳米球,以及ZnO/ZnS和 ZnO/ZnSe核壳结构。这些纳米晶体的形成机理与超声辐射的作用密切相关。产物的荧光性质也在文中做了研究。