過渡金屬氧化物多級結(jié)構(gòu)的制備與尺寸調(diào)控.pdf

1、多級結(jié)構(gòu)是指由納米尺度的結(jié)構(gòu)單元形成的具有特定尺寸和形貌的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。過渡金屬氧化物多級結(jié)構(gòu)由于其獨特的形貌、結(jié)構(gòu)和性能，近年來引起人們廣泛的關(guān)注。針對過渡金屬氧化物多級結(jié)構(gòu)制備過程中存在的結(jié)構(gòu)容易坍塌、形貌容易變化和尺寸難以控制等問題，本論文開展了過渡金屬氧化物多級結(jié)構(gòu)的濕化學(xué)法制備研究。通過溶膠-凝膠法和水熱/溶劑熱法等濕化學(xué)法，獲得了一系列第一過渡系金屬氧化物多級結(jié)構(gòu)，并闡明了其中的制備機理，為過渡金屬氧化物多級結(jié)構(gòu)在光催化、能量存

2、儲與轉(zhuǎn)換和污水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　本論文圍繞第一過渡系金屬氧化物，通過溶膠-凝膠法和水熱/溶劑熱法獲得了TiO2介孔結(jié)構(gòu)、TiO2微球、海綿狀Mn3O4、ZnO中空微球、鎳羥基化合物花狀結(jié)構(gòu)和α-Fe2O3介觀晶體等多級結(jié)構(gòu)，并對這些結(jié)構(gòu)進行了尺寸調(diào)控研究。主要結(jié)果如下。
　　首先，利用溶膠-凝膠過程獲得了TiO2介孔結(jié)構(gòu)和TiO2微球，研究了模板劑對多級結(jié)構(gòu)的影響。采用聚氧乙烯月桂醚(Brij-35)模板劑獲得

3、了高度結(jié)晶的TiO2介孔結(jié)構(gòu)。隨著Brij-35量的增加，樣品的孔徑分布變寬。具有大孔徑和寬孔徑分布的樣品表現(xiàn)出更高的光催化活性。同時采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)獲得了介孔TiO2?；邗ハ龣C理通過一種簡單的非水溶膠-凝膠過程獲得了在0.3-3μm范圍內(nèi)尺寸可調(diào)的TiO2微球。TiO2微球的尺寸可以通過甲醇在溶劑中的比率來控制。隨著甲醇量的增加，TiO2微球的尺寸迅速減小。CTAB也可用于控制TiO2微球的尺寸。隨著CTAB量

4、的增加，TiO2微球的尺寸迅速下降。
　　第二，通過水熱或溶劑熱過程獲得了海綿狀Mn3O4、ZnO中空微球、鎳羥基化合物花狀結(jié)構(gòu)和α-Fe2O3介觀晶體。研究了前驅(qū)體到相應(yīng)過渡金屬氧化物之間的轉(zhuǎn)變過程。甲酸錳是一種金屬有機框架材料。通過甲酸錳在200℃下的熱分解獲得了由Mn3O4納米晶組成的海綿狀Mn3O4多級結(jié)構(gòu)。海綿狀Mn3O4多級結(jié)構(gòu)基本保留了甲酸錳前驅(qū)體的形貌。溶劑熱過程可用于控制海綿狀Mn3O4結(jié)構(gòu)的形貌。通過較長時間的

5、溶劑熱處理獲得了大尺寸的呈現(xiàn)晶體學(xué)對稱性的海綿狀結(jié)構(gòu)。甲酸鋅中的鋅離子具有兩種不同的晶體學(xué)位置。通過化學(xué)反應(yīng)引起的自轉(zhuǎn)變過程獲得了新穎的ZnO中空微球，ZnO微球具有雙層結(jié)構(gòu)，大晶體位于微球外層，小晶體位于微球內(nèi)層。ZnO微球的尺寸受甲酸濃度的影響。ZnO微球中的兩種尺寸的晶體與甲酸鋅中鋅離子的兩種晶體學(xué)位置有關(guān)。堿式氯化鎳和β-Ni(OH)2都具有層狀的水鎂石晶體結(jié)構(gòu)。采用簡單無模板溶劑熱過程獲得了堿式氯化鎳花狀微球。堿式氯化鎳花狀微

6、球是由隨機取向的褶皺納米片組成的。隨著反應(yīng)時間的增加，堿式氯化鎳晶粒尺寸變小，花狀微球中的納米片變薄。采用高濃度的KOH溶液處理堿式氯化鎳花狀結(jié)構(gòu)獲得了β-Ni(OH)2花狀微球。較高濃度KOH獲得的β-Ni(OH)2花狀微球表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能，而較低濃度KOH獲得的β-Ni(OH)2花狀微球表現(xiàn)出更好的酸性品紅吸附性能。β-FeOOH晶體結(jié)構(gòu)中含有Cl-填充的隧道狀空穴。在水熱/溶劑熱過程中通過β-FeOOH的轉(zhuǎn)變獲得了準(zhǔn)立方α-