过渡金属氧化物纳米材料的液相合成及表征

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无机纳米材料的结构、形貌控制及其性质的研究是现代材料化学的研究热点,本论文旨在探索和研究第一过渡系金属氧化物(铜、锰)纳米材料的液相化学合成路线。通过系统地控制液相合成体系中的关键性实验条件,成功地合成了不同形貌和不同物相的CuO和MnO2纳米材料,并对其生长机理进行了初步的探讨,论文主要内容可归纳如下:1.通过表面活性剂辅助的水热合成方法,利用醋酸铜和NaOH作为反应物,成功地合成了梭形氧化铜纳米晶,这些梭形纳米晶是由纳米棒通过取向连接的方式聚集而成的。通过对反应温度、反应时间、铜源、表面活性剂浓度等因素对产物最终形貌影响的研究,初步探讨了纳米棒组装成梭形纳米晶的可能机理。2.利用六次甲基四胺作配位剂辅助的水热合成方法,合成了由纳米颗粒组装而成的纳米(微米)氧化铜空心球。在此体系中,六次甲基四胺不仅作为配位剂,还可以在高温下产生氨气,作为空心球形成的软模板。实验温度、反应物摩尔比等都将对产物晶体的形貌产生显著的影响。提出了空心球可能的形成机理。3.由于尿素在高温下可以产生氨气和CO2气体,其可以作为空心球形成的软模板。利用尿素和醋酸铜在水热条件下制备了CuO空心球,这些空心球状结构是由纳米颗粒组装起来的。其形成机理与上述六次甲基四胺辅助形成CuO空心球的形成类似。对所得纳米CuO的顺磁性进行了研究,结果表明该氧化铜呈现出超精细结构特征,这可能是由于CuO表面有大量的吸附氧或者离子缺陷造成的。4.采用一种新颖的氧化还原方法,在稀盐酸或水的液相体系中,通过对反应过程的调节,成功地合成了α-、β-、δ-MnO2,这些不同物相的MnO2形貌各异,分别为一维纳米棒(线、针)状、空心八面体、纳米片组装的花状结构。实验结果表明:反应温度、反应时间、体系酸度、反应物摩尔比等都会影响最终产物的物相和形貌。在自然光的条件下,这三种不同物相、不同形貌的纳米材料对亚甲基蓝溶液的催化降解都具有催化活性,有望应用于环境污染治理。
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