二氧化锆纳米材料的水热/溶剂热法控制合成及性质表征

摘要

二氧化锆因其各种优异的性质而被人们广泛研究,本论文主要阐述并讨论利用水热/溶剂热法合成二氧化锆纳米材料,涵盖材料制备、形成机制以及性质表征等多个方面,具体内容包括非模板法溶剂热合成尺寸可控的氧化钇稳定的二氧化锆空心球;水热法合成花状二氧化锆纳米材料及其光催化性质研究;水热法合成四角星状二氧化锆纳米材料及其选择性光催化性质研究等。本论文对材料的尺寸、结构、形貌进行很好的调控,同时也对材料在不同条件下的形成机理进行了深入探讨,不仅丰富了二氧化锆纳米材料领域的研究,同时还为二氧化锆纳米材料的潜在应用提供了理论基础和技术支持。
　　 1.非模板法溶剂热合成尺寸可控的氧化钇稳定的二氧化锆空心球
　　 在乙醇/乙酰丙酮或者丁醇/乙酰丙酮体系中,以八水合氧氯化锆和六水合硝酸钇为原料,利用溶剂热法合成了四方相的氧化钇稳定的二氧化锆(YSZ)空心球,合成的空心球由纳米颗粒组成。我们可以通过改变氧氯化锆的浓度以及更换溶剂来控制空心球的尺寸(可以在300-900nm的范围内调节)。通过对实验过程的跟踪发现,空心球是由最初颗粒聚集而成的非晶态的实心球转换而来的,其形成机理我们认为是Ostwald熟化过程。此外利用相同的方法我们还合成了Er3+掺杂的二氧化锆空心球,在980nm波长的激发下,Er3+掺杂的二氧化锆空心球在515-565nm和640-690nm之间显示特征吸收峰,这对基础功能光学研究以及光学器件的发展有一定的价值。
　　 2.花状二氧化锆纳米结构的合成及其光催化性质
　　 以四水合硫酸锆和无水醋酸钠为原料,首先通过水热法合成花状的硫酸氧锆前驱体多级结构,在一定温度下煅烧后,该前驱体转换成形貌保持的花状二氧化锆纳米结构。通过XRD、TEM、SEM、HR-TEM、SAED、IR、TG和其他分析手段对硫酸氧锆和二氧化锆的纳米结构进行了详尽的表征后,我们提出了水热过程中纳米结构的形成机理。在花状硫酸氧锆多级结构的形成过程中,通过添加不同醋酸钠的量所调节的溶液pH值对前驱体的形貌起着决定性作用,改变醋酸钠的添加量,前驱体的形貌可以在类球形、花状和盘状之间调节。本实验通过选择合适的前驱体,合成了特殊的由2-D结构单元组成的3-D二氧化锆多级结构。这种新颖的花状二氧化锆纳米材料在罗丹明B的光催化降解过程中显示优异的光催化活性,这一特殊性质可能与二氧化锆多级结构的特殊显露面有关系。
　　 3.四角星状二氧化锆纳米材料的合成及其选择性光催化性质
　　 以八水合氧氯化锆和无水醋酸钠为原料,在水热条件下合成了四角星状的二氧化锆纳米结构。利用XRD、TEM、HR-TEM、IR、TG等对四角星状的二氧化锆的结构和形貌进行了详细表征后可见,四角星状二氧化锆聚集体的大小为80nm左右,都是由纳米颗粒定向聚集而成的。我们通过跟踪反应过程提出了聚集结构的形成机理。在四角星状二氧化锆纳米结构的形成过程中,醋酸根起着重要作用。四角星状二氧化锆纳米结构对阴离子型染料(甲基橙、刚果红、酸性罗丹明B)的光催化降解显示出优异的选择性光催化性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 二氧化锫纳米材料的研究现状与进展

1．2．1 二氧化锆的结构与性质

1．2．2 二氧化锆纳米材料的制备

1．2．3 二氧化锆纳米材料的应用

1．2．4 二氧化锆纳米材料的发展趋势

1．3 本论文的选题目的及意义

1．4 参考文献

第二章 非模板溶剂热法合成尺寸可控的氧化钇稳定的二氧化锆空心球

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 原料与试剂

2．2．2 制备

2．2．3 表征

2．3 结果与讨论

2．4 结论

2．5 参考文献

第三章 花状二氧化锆纳米结构的合成及其光催化性质

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 原料与试剂

3．2．2 制备

3．2．3 表征

3．2．4 光催化活性测试

3．3 结果与讨论

3．4 结论

3．5 参考文献

第四章 四角星状二氧化锆纳米结构的水热合成及其选择性光催化性质

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 原料和试剂

4．2．2 制备

4．2．3 表征

4．2．4 光催化性质测试

4．3 结果与讨论

4．4 结论

4．5 参考文献

ENGLISH SECTION

Chapter 1．Template-free solvothermal synthesis of size-controlled yttria-stabilized-zirconia hollow spheres

1．Introduction

2．Experimental

3．Results and discussion

4．Conclusions

Acknowledgements

References

Supporting Information

Chapter 2．Synthesis and photocatalytic properties of flower-like zirconia nanostructures

1．Introduction

2．Experimental section

3．Results and discussion

4．Conclusions

References

Supporting Information

结束语

攻读博士期间发表和待发表的论文

致谢

学位论文评阅及答辩情况表