CeCO2纳米材料水热合成及其铁磁性研究

摘要

作为地壳中含量最多的一种稀土氧化物，二氧化铈(CeO2)因其独特的物理化学性质和晶体结构，而在荧光材料、燃料电池、光催化材料以及磁性材料等诸多领域具有广阔的应用前景。研究结果表明:纳米级CeO2材料的性质与其颗粒形貌、颗粒尺寸、晶格常数以及晶体缺陷等因素密切相关。
　　本学位论文使用水热法制备CeO2纳米材料。使用X射线衍射仪测试分析样品物相组成;使用扫面电镜和透射电镜分析样品颗粒形貌以及颗粒大小;用X射线电子能谱测试分析样品表面成分以及元素化学状态;运用激光显微共聚焦拉曼光谱仪测试样品晶体的缺陷，其激发波长为532nm;使用紫外可见红外分光光度计测试样品的吸收谱，并计算样品的能带宽度;使用综合物性测量系统测试样品磁滞回线。实验内容如下:
　　1.采用CTAB辅助水热法，以Ce(NO3)3·6H2O为铈源、以尿素为矿化剂，在180℃下成功合成蝴蝶结状CeOHCO3微结构，并通过500℃退火制得纯的CeO2粉末。XRD测试结果显示所制得样品为纯的CeO2，XPS和拉曼光谱测试表明样品表面存在少量的Ce3+以及氧空位，磁性测试表明此样品在室温下表现出良好的铁磁性。通过分析我们认为此室温铁磁性是由CeO2颗粒表面出现Ce3+导致的。
　　2.采用CTAB辅助水热法，Ce(NO3)3·6H2O为铈源、以NH4HCO3为沉淀剂、180℃条件下成功制得四种不同形貌的CeO2前驱体。XRD测试显示最终制得样品均为纯的CeO2粉末。XPS测试分析显示CeO2样品表面存在少量Ce3+，并且高浓度NH4HCO3条件下制得样品表面Ce3+浓度较低。四个样品的能带宽度较之块体CeO2能带宽度都有不同程度的减小，并且制得样品均呈现出室温铁磁性，饱和磁化强度随着能带宽度和晶格常数的增加而减小，随着Ce3+浓度减少而减小。我们认为CeO2室温铁磁性与Ce3+的浓度密切相关，Ce3+浓度越高，其铁磁性能越好。
　　3.采用水热法分别制备出不同Co掺杂量的CeO2纳米颗粒。XRD数据显示制得样品中并无除CeO2之外的物相存在。XPS测试数据显示非掺杂条件下制得样品表面存在大量的Ce3+。磁性测试分析显示样品的饱和磁化强度随着Co掺杂量的增加而增加。结合以上对未掺杂CeO2铁磁性起源的分析，我们认为，纳米CeO2室温铁磁性的起源是样品中存在杂质离子（Ce3+和Co2+均可视为Ce4+的杂质离子），从而导致CeO2晶体中电子轨道角动量以及自旋角动量发生改变，进而产生铁磁性，杂质离子含量越高，其铁磁性越强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米技术与纳米材料概论

1．1．1 纳米技术

1．1．2 纳米材料

1．2 CeO2纳米材料概述

1．2．1 CeO2基本结构与性质

1．2．2 CeO2室温铁磁性研究的意义

1．2．3 CeO2纳米材料铁磁性研究现状

1．3 本论文的研究内容

参考文献

第二章 CeO2纳米材料的制备与表征

2．1 材料的制备

2．1．1 实验所用化学试剂与药品

2．1．2 实验所用设备

2．1．3 CeO2纳米材料的制备

2．2 CeO2纳米材料的表征

2．2．1 X射线衍射仪(XRD)

2．2．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．3 透射电子显微镜(TEM)

2．2．4 X射线光电子能谱仪(XPS)

2．2．5 激光显微共聚焦拉曼光谱仪(Raman)

2．2．6 紫外可见近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)

2．2．7 综合物性测量系统(PPMS)

第三章 CTAB辅助水热法合成蝴蝶结状CeO2结构及其铁磁性

3．1 引言

3．2 实验过程及其表征

3．2．1 样品制备

3．2．2 样品表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 样品组成与形貌分析

3．3．2 样品化学状态分析

3．3．3 样品晶体结构与铁磁性分析

3．4 实验结论

参考文献

第四章 Ce3+浓度对CeO2纳米结构室温铁磁性的影响

4．1 引言

4．2 实验步骤

4．2．1 样品制备

4．2．2 样品表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 结构与形貌分析

4．3．2 物质组成与化学状态

4．3．3 光学特性

4．3．4 铁磁性分析

4．4 实验结论

参考文献

第五章 Co掺杂对CeO2纳米棒室温铁磁性影响

5．1 引言

5．2 实验步骤

5．2．1 样品制备

5．2．2 样品表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 物质结构与形貌分析

5．3．2 物质化学状态与晶体结构分析

5．3．3 室温铁磁性分析

5．4 实验结论

参考文献

第六章 结论与展望

致谢

硕士期间发表的论文目录