纳米及介孔金属氧化物材料新合成方法探索研究

摘要

纳米结构材料,是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100 nm)的材料,包括纳米尺寸材料和纳米孔材料。当纳米结构材料的尺寸小到纳米量级时,则会表现出独特的物理化学性质,在催化,吸附、分离、传感、药物负载、光电等众多领域有着广泛的应用前景。本文分别以Fe3O4纳米粒子、介孔-大孔TiO2、有序介孔金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、In2O3、CeO2、Co3O4、NiO、ITO和Mn3O4)为研究对象,探索其新颖的合成方法、最优的调控路线和调控机制,实现对尺寸、结构、形貌、晶型及物性的有效调变,对深入研究材料制备、结构与性能的关系具有重要的意义。本研究主要内容如下：　　 ⑴分别以β-环糊精或蔗糖为绿色双功能促进剂,以廉价的三价氯化铁为铁源,成功的制备出粒子尺寸小于20 nm的超顺磁性磁铁矿。磁铁矿纳米粒子的尺寸可随β-环糊精或蔗糖浓度的变化而变化。并对整个反应过程的机理进行了详细的研究。β-环糊精或蔗糖一方面起到绿色还原剂前驱体的作用,温和还原三价铁制备磁铁矿,且防止制备得到的磁铁矿再次被氧化。从而使整个制备过程无需纯化或保护流程,易于实现。另一方面,β-环糊精或蔗糖又有包覆剂前体的作用,修饰所制备的磁铁矿的表面,控制其生长,从而制得尺寸可调且超顺磁性的纳米粒子。制备得到的磁铁矿纳米粒子的饱和磁化强度随粒子尺寸的改变而在一定范围内变化。　　 ⑵采用简单易得的细胞作为生物模板,通过生物灵感法成功制备出介孔-大孔多级孔TiO2材料。且其大孔形貌可随细胞组装体形貌的改变而变化,分别为具有球状大孔、杆状大孔及蠕虫状大孔的介孔-大孔TiO2材料。并对其光催化性能进行了详细的研究,结果表明将介孔的高比表面积、多的活性位点与大孔的通透、易传质性质相结合,有利于催化性能的提高,且相对纳米粒子更有助于回收利用。　　 ⑶用纳米浇铸法制备有序介孔金属氧化物材料,首次发现影响其介孔有序性形貌和结晶度的热处理调变方法及其“迁移机理”。从而可以在大范围内调变以金属硝酸盐为前驱体纳米浇铸法制备的金属氧化物材料的介孔有序性和结晶度。适用的金属氧化物包括:Fe2O3、Cr2O3、In2O3、CeO2、Co3O4、NiO和Mn3O4。并深入研究了该简单易行方法背后的“迁移”机理,从而可以对金属氧化物材料的介孔有序性和结晶度进行连续调变。其金属氧化物的形貌和结晶度可以从高结晶的有序介孔微米级大颗粒调变到低结晶甚至无定形的纳米粒子。同时,有序介孔Fe2O3的热处理温度从600℃降到仅为150℃。　　 ⑷采用后掺杂纳米浇铸法制备高度有序介孔氧化铟锡(ITO)材料，并运用“迁移机理”,调变ITO材料的形貌和结晶度从高结晶的有序介孔ITO大颗粒(微米级)到低结晶的ITO纳米粒子，并考察纳米浇铸法后掺杂Sn含量、热处理气氛、热处理温度等因素对其结构、形貌、透光及导电性质的影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 纳米结构材料

第二节 纳米尺寸材料

1.2.1 纳米材料的制备方法

1.2.2 纳米材料的应用

第三节 纳米孔材料

1.3.1 多孔材料的分类

1.3.2 介孔材料的结构和性能特点

1.3.3 介孔材料的合成方法

1.3.4 介孔金属氧化物材料

第四节 选题内容及意义

参考文献

第二章 超顺磁性磁铁矿纳米粒子的绿色合成、机理及磁学性质

第一节 β-环糊精辅助合成超顺磁性磁铁矿纳米粒子

2.1.1 引言

2.1.2 实验及表征部分

2.1.3 结果与讨论

2.1.4 本节小结

参考文献

第二节 蔗糖促进合成尺寸可控的超顺磁性磁铁矿纳米粒子

2.2.1 引言

2.2.2 实验及表征部分

2.2.3 结果与讨论

2.2.4 本节小结

参考文献

第三章 大孔-介孔二氧化钛材料的生物灵感合成及光催化应用

第一节 引言

第二节 实验及表征部分

3.2.1 细胞的组装

3.2.2 大孔-介孔多级孔TiO2材料的制备

3.2.3 用于对比的纯介孔TiO2材料的制备

3.2.4 用于对比的TiO2纳米粒子的制备

3.2.5 光催化性能的测定

3.2.6 材料表征

第三节 结果与讨论

3 .3.1 球状细胞为大孔模板制备大孔-介孔TiO2材料

3.3.2 杆状细胞为大孔模板制备大孔-介孔TiO2材料

3.3.3 丝状细胞为大孔模板制备大孔-介孔TiO2材料

3.3.4 光催化降解亚甲基蓝性能

第四节 本章小结

参考文献

第四章 介孔金属氧化物材料的纳米浇铸法合成、机理及性质

第一节 调控介孔金属氧化物介孔有序性与结晶度的通用方法及机理

4.1.1 引言

4.1.2 实验及表征部分

4.1.3 结果与讨论

4.1.4 本节小结

参考文献

第二节 有序介孔氧化铟锡的纳米浇铸法合成、表征及透光导电性质

4.2.1 引言

4.2.2 实验及表征部分

4.2.3 结果与讨论

4.2.4 本节小结

参考文献

第五章 全文总结

个人简历

致谢