氧化钛纳米晶的溶剂热合成技术及其形貌控制的研究

摘要

二氧化钛半导体纳米材料在光催化、光电子、光电转化、传感器等方面存在潜在的应用价值，因此实现氧化钛半导体纳米材料形貌可控合成一直以来就是人们研究的热点。本文在总结氧化钛半导体纳米材料形貌控制研究的基础上，实验探索湿化学合成氧化钛半导体纳米晶的试验工艺，创新的提出了微乳液溶剂热合成纳米二氧化钛纳米晶的合成技术，实现了二元表面活性剂二氧化钛的形貌控制合成，同时进行II-VI半导体纳米晶复合工艺的初步探索和多元复合II-VI族半导体纳米晶合成制备的基础研究工作。
　　 在传统高级脂肪酸合成纳米晶技术的基础上，采用高温溶剂热技术，在240℃，270℃，300℃三个不同反应温度下，在不同的反应时间内实现了纳米二氧化钛的合成与制备，结合透射电镜(TEM)傅立叶红外光谱(IR)和X射线衍射(XRD)技术，分析纳米二氧化钛形貌随宏观条件变化的规律，掌握了实现均一纳米二氧化钛形貌控制的方法，即控制低温下纳米晶的生长速度，充分延长反应时间，降低反应温度，并抑制二次成核，能够趋向获得均一棒状二氧化钛纳米晶；而控制反应温度越过低温成核区，实现高温一次成核或采用室温控制成核，高温限制其异相生长，并控制反应时间，能够趋向获得均一点状二氧化钛纳米晶。
　　 首次采用微乳液溶剂热的合成技术，成功解决了二氧化钛室温控制成核与高温限制其异相生长的难题。利用微乳液技术中形貌控制的优势和溶剂热中晶化较好的特点，以钛酸四丁酯(TBT)、油酸(OA)和去离子水(H2O)为原料，在室温下搅拌合成微乳液前驱体，通过300℃高温溶剂热过程成功的制备出具有较小粒径分布的氧化钛球状纳米晶，通过反应时间和反应温度的控制合成了多边形、菱形及棒状的纳米晶体，并结合文献和傅立叶红外光谱(IR)和X射线衍射(XRD)技术系统分析其形成机制、微观形状变化过程。
　　 采用复合表面活性剂合成技术，通过控制升温速率、预处理时间等条件成功的解决了在不同反应温度控制纳米晶生长速率的难题。采用十二胺(DM)及油酸(OA)双表面活性剂合成技术，通过控制升温速率采用溶剂热合成技术制备出了球状、棒状、点棒混合状及一些无规则点状的纳米晶。并结合文献、X射线衍射(XRD)技术初步分析在不同升温速率下纳米晶的形状变化规律。同时采用DMF及油酸(OA)双表面活性剂合成技术辅助合成了高结晶性大尺寸的菱形的氧化钛纳米晶。通过控制前驱体处理时间、采用简单溶剂热法制备具有10nm尺寸的粒径分布较窄的方形氧化钛纳米晶。
　　 采用溶剂热的方法，以硝酸镉(Cd(NO3)2)，硫化钠(NaES)或其它硫源如硫粉，硫代乙酰胺(TAA)为原料，在不同的温度、反应时间、表面活性剂的作用下进行硫化镉纳米晶的合成工艺的制备工作。通过透射电镜(TEM)对其进行表征分析，通过实验获得点状、棒状、三角锥状及不同粒径分布硫化镉纳米晶。同时我们还采用溶剂热的合成工艺，控制合成了棒状的硫化锌纳米晶。采用前驱体二次热注入溶剂热法，采用类似热注入法制备二元量子点前驱体躯体，通过溶剂热技术制备CdS、ZnS复合量子点。分析了微乳液前驱体溶剂热技术制备二元核壳纳米晶前景，设计相关的理论模型，相关实验方案及可行性分析，为实现纳米复合制备控制技术提出了一条新的思路。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第一章 文献综述

1.1引言

1.2 Ⅱ-Ⅵ半导体纳米材料合成

1.2.1半导体材料概述

1.2.2 Ⅱ-Ⅵ半导体纳米材料的研究现状

1.3氧化钛纳米晶研究进展

1.3.1纳米氧化钛的概述

1.3.2纳米氧化钛的形貌研究现状

1.3.3在纳米氧化钛形貌研究存在的问题

1.4纳米复合材料

1.4.1复合纳米材料

1.4.2 Ⅱ-Ⅵ族无机复合纳米材料的研究进展

1.5课题提出及研究内容

第二章 实验原料设备及测试方法

2.1实验设备和原料

2.1.1实验设备

2.1.2实验原料

2.2测试方法

2.2.1 X射线衍射分析(XRD)

2.2.2透射电子显微分析(TEM)

2.2.3红外吸收光谱(IR)

第三章 高温溶剂热合成氧化钛纳米晶的形态学及动力学研究

3.1引言

3.2 TiO2纳米晶的制备

3.3 TiO2纳米晶TEM分析和形态学研究

3.4 TiO2纳米晶的晶相及生长取向分析和研究

3.5 TiO2纳米晶表面活性剂稳定性傅立叶红外光谱研究

3.6本章结论

第四章 微乳液溶剂热法合成单分散TiO2纳米晶

4.1引言

4.2单分散纳米二氧化钛的微乳液溶剂热制备

4.2.1微乳液前驱体的制备

4.2.2溶剂热处理制备单分散纳米二氧化钛纳米晶

4.3纳米二氧化钛的表征

4.3.1 X射线衍射分析

4.3.2透射电镜分析

4.4氧化钛纳米晶的合成机制及影响因素

4.4.1微乳液反应前躯体合成的研究

4.4.2二氧化钛的微乳液溶剂热合成机制和影响因素的分析和研究

4.5结论

第五章 表面活性剂辅助氧化钛纳米晶形貌控制技术研究

5.1引言

5.2采用十二胺预处理二氧化钛纳米晶控制合成与表征

5.2.1实验过程

5.2.2实验表征

5.2.3升温速率对复合双表面活性剂合成二氧化钛纳米晶生长机理的分析

5.3 DMF预处理菱形氧化钛纳米晶的制备和表征

5.3.1菱形氧化钛纳米晶的制备

5.3.2菱形氧化钛纳米晶的表征

5.4室温长时间预处理超高温方形氧化钛纳米晶的制备和表征

5.4.1方形氧化钛纳米晶的制备

5.4.2方形氧化钛纳米晶的表征

5.5结论

第六章 CdS、ZnS、TiO2纳米晶的复合技术的前景分析

6.1引言

6.2单分散硫化物纳米晶的制备

6.2.1溶剂热合成单分散硫化隔纳米晶

6.2.2单分散硫化锌纳米晶的合成与表征

6.3溶剂热法合成CdS/ZnS复合纳米颗粒的研究

6.4微乳液溶剂热法合成CdS/TiO2复合技术理论模型及其合理性分析

6.4.1微乳液溶剂热法合成CdS/TiO2复合技术理论模型

6.4.2 CdS/TiO2复合技术理论模型的可行性分析

6.5结论

第七章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的成果