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本文首先归纳了室温和低热固态化学反应在材料合成方面的进展。主要报道了利用低热固态化学反应合成各种无机氧化物纳米材料,通过控制反应条件可以控制晶形及纳米粒子的尺寸、添加表面活性剂得到不同形貌的纳米材料、实现纳米粒子的自堆积。研究了纳米二氧化钛的光催化活性。室温固态化学反应具有高效、节能、无污染、操作简便等优点,在材料合成领域有更广泛的应用前景。本文主要内容如下:
1.归纳了室温和低热固态化学反应在材料合成方面的进展。到目前为止,包括纳米材料、原子簇与三阶非线性光学材料、多酸化合物、电学材料、超导材料等十六类材料已经通过该方法合成。指出室温固态化学反应具有高效、节能、无污染、操作简便等优点,在材料合成领域有广泛的应用前景。
2.在表面活性剂三乙醇胺(TEA)存在的条件下,通过低热固态反应合成了ZnO纳米棒(直径为20nm,长约为200nm)。讨论了ZnO纳米棒的形成机理。TEA起到控制ZnO形貌的作用,不加TEA得到纳米粒子。而且纳米棒的形成还与Zn(Ⅱ)和TEA的摩尔比及实验过程有关。发现另一种可以控制纳米ZnO形貌得到纳米棒的表面活性剂聚乙二醇(PEG(400)),而且纳米棒的形成也与PEG(400)/Zn(Ⅱ)的摩尔比有关。
3.一个新颖、简便的固相反应用于合成TiO2纳米粒子(直径约为20nm),当有表面活性剂聚乙二醇(PEG(400))存在时,得到TiO2棒。棒直径约为150nm,长从几百个纳米到几个微米。TiO2棒是由TiO2纳米粒子自堆积而形成的。在600℃及900℃培烧时,棒没有被破坏,但随着热处理温度的升高粒子及棒的尺寸都有所增加,XRD衍射证明TiO2的结构由锐钛型转变为金红石型。研究了棒的形成机理,PEG(400)对棒的形成起了关键作用。
4.在表面活性剂三乙醇胺(TEA)存在下,通过一个简便的固相反应合成均匀、连续的CdO纳米线。纳米线的直径约为10nm,长达几个微米。而且发现纳米线在前驱体阶段已经形成。当不存在TEA时,主要得到六边形的CdO。六边形的边长为100~300nm。TEA控制了产物CdO的形貌。
5.报道了TiO2纳米粒子对一些有机物的光催化降解结果。首次研究了TiO2棒对甲基橙的光催化活性。验证了以太阳光为辐射光源用于TiO2纳米粒子催化降解甲基橙和甲基紫。TiO2纳米粒子显示出很高的催化活性,而TiO2棒的催化活性却很低。发现太阳光可以驱动TiO2催化降解有机物,这有可能成为一种节能、无污染的方法。TiO2纳米粒子和棒是通过固相反应制备的。制备方法简洁,所得纳米粒子分散均匀。