稀土锡酸盐(Ln2Sn2O7,Ln=Y,La-Lu)属于立方烧绿石结构的多元复合氧化物,具有优异的热、电、磁和催化等性能,它们在锂电池、催化剂、荧光、离子导体及抗辐射等领域具有重要的应用。 本课题利用稀土硝酸盐,四氯化锡为前驱体,不添加任何表面活性剂或络合剂,采用简单、中性、高效的水热法,成功实现了三元复合稀土锡酸盐纳米材料的合成。同时,采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对产物的晶体结构、形貌及尺寸进行了详细的表征。利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)对得到的系列样品进行结构变化的研究。利用紫外可见漫反射光谱(DRS)测得样品的吸收边并计算了复合稀土锡酸盐纳米材料的禁带宽度,利用紫外可见(UV-vis)光谱仪研究了它们的光催化降解有机物的性能。 利用稀土元素具有离子半径与电子结构相近的特点,本课题采用上述水热法成功地合成了系列三元稀土锡酸盐纳米材料,包括Y2Sn2O7、La2Sn2O7、Pr2Sn2O7、Nd2Sn2O7、Sm2Sn2O7、Eu2Sn2O7、Gd2Sn2O7、Tb2Sn2O7、Er2Sn2O7和Yb2Sn2O7共10种。实验证明,这些产物均为单相的立方烧绿石结构复合氧化物,由此可见,该方法普遍适用于稀土锡酸盐纳米材料的合成,而且,所得产物具有纯度高、结晶好、尺寸分布窄、粒径小(10-100 nm)等特点。进一步研究表明,从La→Yb,随着离子半径的逐渐减小,(222),(400),(440),(622)和(444)五个晶面的衍射峰都逐渐向高角度偏移,即2θ随着离子半径的减小而逐渐增大,通过计算可以得出系列稀土锡酸盐Ln2Sn2O7的晶格常数平均值a和Ln~(3+)离子半径基本呈线性关系,这些都体现了经典的镧系收缩现象。振动光谱研究表明,在红外光谱中,由La→Yb,随着稀土离子半径的减小,晶格参数a减小,Sn-O键的键强度增强,从而使得Sn-O键的振动频率v(Sn-O)向高频率方向有规律地移动。在拉曼光谱中,归属于A(1g)模的O-Sn-O弯曲振动对离子半径的改变极为敏感,系列稀土锡酸盐由于镧系收缩的影响,随着A位稀土元素离子半径的减小,A1g模几乎成线性增大趋势。以合成的稀土锡酸盐为催化剂,在紫外灯照射下对甲基橙溶液的光催化降解实验显示,所得产物具有光催化降解有机物的能力。 本课题提出的复合稀土锡酸盐纳米材料的水热合成工艺具有普遍适用性,且方法简单、温和、结晶好、纯度高。系统的研究了产物的形貌、结构、振动光谱特性和光催化性能。本课题的研究对稀土锡酸盐纳米材料的制备和应用具有重要的意义。