纳米CeO：Eu和CeO：Cu的电化学制备及其表征

摘要

我国是世界上稀土蕴藏量和产量最大的国家。稀土资源的有效开发利用是我国的重要任务。稀土元素应用蓬勃发展，已扩展到科学技术的各个方面，尤其现代一些新型功能性材料的研制和应用，已成为不可缺少的原料。二氧化铈(CeO2)是稀土氧化物中活性最高、用途极广的一种材料，因为其具有较为独特的晶体结构、较高的机械强度和热力学稳定性、较高的储氧和释放氧的能力、较强的氧化还原能力和光学性质，被广泛应用于催化剂、燃料电池、紫外吸收材料、陶瓷和传感器等方面。
　　 CeO2传统合成方法存在合成条件复杂、不易控制等问题。而本文采用的电化学制备法，设备简单，易于控制，反应速度快，制备条件简易，为纳米材料的合成提供了一种新颖可靠的途径。本论文针对目前掺杂CeO2纳米材料研究领域的热点和难点，采用电沉积方法制备具有不同微观形貌和结构的Eu3+、Cu2+掺杂的CeO2纳米材料。此外，通过改变不同基底、不同的沉积电流密度、不同的原料浓度、不同添加剂等因素，研究CeO2∶Eu3+以及CeO2∶Cu2+生长的规律。
　　 除了对形貌影响因素的分析外，本文也探讨了产物的结构、成分和稳定性，例如对样品进行了X射线粉末衍射、X射线光电子能谱等分析。对于CeO2∶Eu3+体系，本研究还系统地测试了其光学性质，包括紫外-可见光谱和荧光光谱，通过对比，初步探讨了不同形貌下，CeO2∶Eu3+纳米材料的光学性质的变化。而对于CeO2∶Cu2+体系，本研究系统地测试了其磁学性质，通过对比，初步探讨了不同形貌下，CeO2∶Cu2+纳米材料的磁学性质的变化。
　　 经研究显示，在0.01M Ce(NO3)3水溶液中，加入不同浓度的Eu(NO3)3和添加剂，在343K下采用非模板法电沉积制备出CeO2∶Eu3+纳米线、纳米棒、纳米片、多孔状薄膜。XRD结果表明Eu3+可能进入了CeO2的晶格，形成固溶体CeO2∶Eu3+。紫外可见光光谱显示，波长低于450 nm出现吸收带，体现基质O2--Ce4+电荷迁移。荧光激发光谱中出现394 nm和467 nm激发峰，体现Eu3+的7F0→5L6和7F0→5D2跃迁。对应的发射光谱出现594 nm和616 nm的发射峰。材料的发射峰强度依赖于Eu3+的掺杂浓度和纳米结构。热重分析显示，该产物在1173 K以下温度能保持结构稳定，而且杂质很少。
　　 对于CeO2∶Cu2+体系，在0.01 M Ce(NO3)3水溶液中，加入不同浓度的Cu(NO3)2和添加剂，在343K下采用非模板法电沉积制备出CeO2∶Cu2+纳米线、纳米棒、纳米颗粒等形貌的薄膜。XRD及XPS测试表明产物主要含Ce4+和Cu2+。另外，用紫外可见光光谱分析其光学性质，发现其主要吸收紫外光，而基本不吸收可见光。初步探讨了不同形貌下，CeO2∶Cu2+纳米材料的磁学性质的变化，发现在温度为5 K时，材料的剩余磁感应强度和矫顽力均比室温下要大，而且纳米线形貌的样品磁性最佳。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1稀土材料的性质、应用及制备

1.2 CeO2的研究现状

1.3稀土发光材料及其掺杂Eu3+的研究现状

1.4 CeO2：Cu2+的催化研究现状

1.5本课题的选题依据及主要的研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2.1实验试剂及仪器

2.2电极及电极前处理

2.3实验方法

2.4.样品的表征

第三章 电沉积制备CeO2：Eu3+纳米材料其性质研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

第四章 电沉积制备CeO2：Cu3+纳米材料其性质表征

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

第五章 总结及展望

5.1总结

5.2本论文后续工作

攻读硕士期间发表论文

致 谢