離子液體中納米碳酸鍶形貌可控合成及其成核動(dòng)力學(xué).pdf

1、碳酸鍶(SrCO3)作為一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用在顯像管玻殼、小型磁性電機(jī)、熒光材料等生產(chǎn)中。超細(xì)碳酸鍶尤其是納米級(jí)高純SrCO3是一種現(xiàn)代電子元器件的基礎(chǔ)材料之一，具有良好的發(fā)展前景。離子液體(ILs)是一種潛在的綠色溶劑，常被用于化工反應(yīng)、分離及納米材料制備中。本文的主要目的是采用ILs作為模板劑和反應(yīng)介質(zhì)來(lái)控制合成不同形貌的納米SrCO3，研究SrCO3形貌與性能之間的關(guān)系，并從ILs對(duì)納米SrCO3的成核動(dòng)力學(xué)影響規(guī)律解釋納

2、米SrCO3制備的機(jī)理問(wèn)題。主要研究成果如下:
　　 (1)利用不同ILs對(duì)納米SrCO3的形貌控制作用，在ILs-水體系中制備出了納米晶須，納米梭、納米棒、海葵狀聚集體等納米SrCO3晶體。研究發(fā)現(xiàn):功能性離子液體1-(2-羥基乙基)-3-甲基咪唑雙（三氟甲磺酰基）亞胺鹽([HOEmim]NTf2)因能與CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而增加了溶液中CO2的濃度，體系成核速率大，獲得的SrCO3晶體顆粒小。改變體系中1-丁基-3-甲基咪唑六

3、氟磷酸鹽([C4mim]PF6)離子液體的濃度可實(shí)現(xiàn)不同形貌納米SrCO3的可控制備。采用1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([C4mim]Cl)為反應(yīng)介質(zhì)，考察不同時(shí)間間隔SrCO3的形貌演化過(guò)程，提出了“晶核-納米梭-棒形-花束形聚集體-?？麪罹奂w”的SrCO3晶體形貌演化模型。不同形貌的SrCO3在紫外-可見(jiàn)光范圍內(nèi)都表現(xiàn)出吸收現(xiàn)象，粒徑越小，比表面積越大，對(duì)紫外-可見(jiàn)光的吸收越強(qiáng)。
　　 (2)以ILs-甲醇混合液作為CO2+

4、Sr(OH)2的碳化反應(yīng)介質(zhì)，分別制備出了納米晶須、納米梭形、橢球體、球形聚集體、納米球、棒形聚集體等SrCO3晶體，產(chǎn)品的均勻性和分散性好，納米球的直徑僅為80 nm。甲醇在體系中起到了增加Sr(OH)2溶解度的作用，因而制備出的納米SrCO3的形貌及均勻性比ILs-水中好。不同濃度的[C4mim]Cl可實(shí)現(xiàn)對(duì)SrCO3不同形貌和粒徑的調(diào)控。反應(yīng)溫度高有利于減小產(chǎn)品的粒徑。不同形貌的納米SrCO3，其開(kāi)始分解的溫度不同，粒徑越小，表面

5、越粗糙，開(kāi)始分解溫度越低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米球和納米晶須的分解溫度最低為938℃，而不定形SrCO3分解溫度最高為1000℃。
　　 (3)在甲醇-水體系中成功合成出橢球形、棒形、啞鈴形納米SrCO3多級(jí)結(jié)構(gòu)。純甲醇中制備的納米SrCO3晶體結(jié)晶度低，反應(yīng)溫度低有利于多孔結(jié)構(gòu)SrCO3的形成。水-甲醇體系中反應(yīng)得到了高結(jié)晶度和高長(zhǎng)徑比的棒形碳酸鍶。紅外分析表明，甲醇通過(guò)氫鍵作用影響碳酸鍶晶體的表面自由能，從而改變SrCO3的形貌

6、。N2等溫吸附-脫附分析表明，啞鈴型碳酸鍶的比表面積為14.9 m2·g-1，具有中孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布為12-32nm。
　　 (4)采用溶劑熱法在ILs-水體系中制備出具有特殊形貌的花狀聚集體、高長(zhǎng)徑比納米棒、六面體結(jié)構(gòu)橢球體、納米球和空心微球等特殊形貌納米SrCO3晶體。研究表明，疏水型離子液體通過(guò)微乳液影響產(chǎn)品SrCO3的形貌，親水型離子液體通過(guò)晶面吸附改變晶體的形態(tài)。熟化溫度高，產(chǎn)品的晶粒小，延長(zhǎng)熟化時(shí)間SrCO3晶體發(fā)展

7、越完全。通過(guò)對(duì)ILs中合成的SrCO3∶1％Eu3+的熒光性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品在325nm激發(fā)光下激發(fā)的熒光發(fā)光光譜以5D0-7F2躍遷激發(fā)的614nm紅光為主。三種摻雜了銪離子的不同形貌碳酸鍶熒光強(qiáng)度順序?yàn)?花狀聚集體＞納米球＞空心微球。
　　 (5)通過(guò)掃描電子顯微分析技術(shù)(SEM)和原子吸收分光光度技術(shù)(AAS)，研究了添加1-辛基-3-甲基咪唑溴鹽([C8mim]Br)離子液體對(duì)Sr(OH)2-CO2-H2O碳化體系成核動(dòng)

8、力學(xué)的影響。在c0Sr（OH）2=0.1mol· dm-3時(shí)，[C8mim]Br添加量的不同直接影響到碳化速率的演化過(guò)程，[C8mim]Br添加量越大，碳化速率越慢。在碳化開(kāi)始的很短時(shí)間內(nèi)，SrCO3成核速率快，體系中Sr(OH)2主要消耗于SrCO3的成核。SrCO3的成核速率J隨反應(yīng)進(jìn)程逐漸變小。添加72.7 mmol[C8mim]Br下，反應(yīng)進(jìn)行到20s時(shí)，SrCO3的成核速率達(dá)84.9×1017 number·m-3·s-1，而