金属及其氧化物超细粉体的水热/溶剂热合成与表征

摘要

本文旨在探索铜基及铁基材料的低温水热与溶剂热合成新方法、新路线，以便优化其合成条件，同时也研究了部分铜基及铁基材料在水热与溶剂热条件下的形成机理。已完成的主要工作可概括为以下三个部分： 一、采用低温水热法，以CuSO<,4>·5H<,2>O为铜源、α-D-葡萄糖为还原剂，在100℃条件下合成出了球形Cu<,2>O晶粒，在120℃条件下合成出了立方Cu<,2>O单晶颗粒；考察了水热合成过程中反应温度、反应时间、前驱物的浓度及添加剂等实验参数对产物的影响；利用．XRD、TEM对所得产物进行了表征。 探讨了该系列实验的反应机理与晶体的生长机理。分析了Cu<,2>O的生长基元以及水热条件下晶粒的两类聚集生长，并在此基础上讨论了不同形貌Cu<,2>O晶粒的形成机制，认为在结晶过程中同时存在两种机制，即扩散机制和聚集机制，球形晶粒的形成是由于聚集机制对晶粒的生长过程起主要作用形成的，而立方单晶的形成则是由于扩散机制对晶粒的生长过程起主要作用所致。 二、设计了可行的溶剂热合成新路线，以CuSO<,4>·5H<,2>O、NaOH为原料，在无水乙醇或醇水混合溶剂中，通过改变实验条件制得了铜纳米单晶及氧化亚铜纳米棒，乙醇在做溶剂的同时也充当了该反应体系的还原剂。采用EDS、XRD、FESEM、TEM、HRTEM等表征手段对所得产物进行了表征。考察了该溶剂热合成过程中反应温度、反应时间、溶剂中水的含量以及前驱物的种类等实验参数对所得产物的影响，结果表明：反应温度和溶剂中水的含量是决定产物物相的主要因素。 对该实验的反应机理进行了简单分析，探讨了Cu纳米晶的形成机理及Cu<,2>O纳米棒的形成机理。 三、采用水热法，以无水．FeCl<,3>、NiSO<,4>·6H<,2>O和NaOH为原料，通过控制NaOH的加入量，在180℃条件下分别制得了纺锤形α-Fe<,2>O<,3>纳米晶和立方相NiFe<,2>O<,4>纳米晶。采用XRD、TEM、HRTEM等表征手段对所得产物进行了表征。考察了该水热反应过程中反应温度、反应时间、NaOH的加入量以及前驱物的种类等试验参数对所得物相的影响。结果表明，NaOH的加入量是决定产物物相的主要因素。对该实验的反应机理进行了探讨，分析了溶液中Cl<'->、SO<,4><'2->离子对结晶过程的影响。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

1.1水热/溶剂热制备技术简介

1.1.1水热制备技术特点

1.1.2水热法的分类

1.1.3水热反应动力学及晶体生长机理

1.1.4水热法与溶剂热法在材料合成领域的应用进展

1.1.4水热溶剂热法在材料合成领域的发展趋势

1.2铜及氧化亚铜的研究现状

1.3氧化铁及镍铁氧体的研究进展

1.4论文的选题依据及主要研究内容

第二章实验设备及表征方法

2.1水热法及溶剂热法的合成设备

2.2表征方法及原理

2.2.1 X射线衍射(XRD)的测试

2.2.2高分辨透射电子显微镜(HRTEM)

2.2.3能量色散谱(EDS)

2.2.4场发射扫描电子显微镜(FESEM)

第三章水热法合成氧化亚铜晶粒

3.1实验部分

3.1.1实验所需试剂及设备

3.1.2实验步骤

3.1.3产物表征

3.2结果与讨论

3.2.1水热反应温度的影响

3.2.2水热反应时间的影响

3.2.3前驱物浓度的影响

3.2.4添加剂的影响

3.3反应机理探讨

3.4氧化亚铜的晶体生长机理探讨

3.4.1 Cu2O的生长基元

3.4.2水热条件下晶粒的两类聚集生长

3.4.3晶体生长机理分析

3.5本章小结

第四章溶剂热法合成铜及其氧化物纳米晶

4.1实验部分

4.1.1实验所需试剂及设备

4.1.2实验步骤

4.1.3产物表征

4.2结果与讨论

4.2.1产物铜与氧化亚铜的能量色散谱(EDS)图

4.2.2产物的XRD分析

4.2.3透射电镜(TEM)与扫描电镜(SEM)分析

4.2.4各不同反应条件对最终产物的影响

4.3反应机理探讨

4.4晶体形成机理探讨

4.4.1铜纳米晶的形成

4.4.2氧化亚铜纳米棒的形成

4.5本章小结

第五章水热法合成纳米氧化铁及镍铁氧体

5.1实验部分

5.1.1实验所需试剂及设备

5.1.2实验步骤

5.1.3产物表征

5.2结果与讨论

5.2.1产物的XRD分析

5.2.2透射电镜(TEM)及高分辨电镜(HRTEM)分析

5.2.3 NaOH浓度(加入量)的影响

5.2.4反应温度与反应时间的影响

5.2.4反应体系中的其它影响因素

5.3反应机理探讨

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文