碳模板法構(gòu)筑多種無機(jī)中空微球及其性能研究.pdf

1、納米材料的性能與功能往往與其尺寸、晶體結(jié)構(gòu)以及形貌等密切相關(guān),因而,隨著現(xiàn)代合成技術(shù)和表征技術(shù)的不斷發(fā)展,復(fù)雜體系納米材料的構(gòu)筑逐步吸引了科學(xué)家和工程師們的廣泛興趣。在最常見的納米顆?；A(chǔ)之上,核殼以及中空結(jié)構(gòu)納米材料在近年來發(fā)展極為迅速。以中空結(jié)構(gòu)納米材料為例,它們相比于實(shí)心顆粒具有更高的比表面積,而且還具有低密度和大的內(nèi)部空腔等優(yōu)點(diǎn),從而使得它們獲得了更高的物理化學(xué)性能以及更為廣闊的應(yīng)用范圍。本文主要構(gòu)筑具有中空、中空-核殼以及多殼

2、層中空結(jié)構(gòu)的一系列復(fù)雜納米材料體系,探討和研究了它們的形成機(jī)理、性能與應(yīng)用。主要內(nèi)容有:
　　(1)以C微球?yàn)槟０?通過溶劑熱過程制備出中空Eu2O3微球;并且通過類似的兩步法過程,還制備出中空NiZnFe2O4/SiO2復(fù)合微球。采用了多種手段,包括XRD、SEM、TEM、TGA、氮?dú)馕降?對(duì)樣品進(jìn)行了相關(guān)的表征和測(cè)試。研究發(fā)現(xiàn),在中空結(jié)構(gòu)的形成過程中,C微球起到了關(guān)鍵的模板作用,在劇烈的分子熱運(yùn)動(dòng)作用力驅(qū)使下,溶膠粒子被吸附

3、并填充到模板內(nèi)部的介孔孔道當(dāng)中;而在煅燒過程中,空腔的最終形成則與被吸附的溶膠粒子沿著模板介孔孔道由里向外受熱遷移有關(guān)。
　　(2)以較大尺寸的C微球?yàn)槟０?從而增大吸附層厚度以促使煅燒過程中核殼分離的發(fā)生,最終成功制備出ZnCo2O4、SnO2、Tb4O7、CeO2以及CeO2@SiO2/CeO2等材料中空-核殼結(jié)構(gòu)微球。結(jié)果表明,采用具有較大尺寸的C微球?yàn)槟０迨谦@得中空-核殼結(jié)構(gòu)微球的關(guān)鍵。其原因是,隨著模板尺寸的增加,吸附層

4、厚度也隨之增加;大的吸附層厚度使得模板在煅燒過程中難以快速去除,從而造成了中空殼層和可移動(dòng)核的分離,最后得到了中空-核殼結(jié)構(gòu)。此外,研究發(fā)現(xiàn)提高起始煅燒溫度,可以促使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生從中空-核殼向中空結(jié)構(gòu)的變化。推斷認(rèn)為其原因是,提高起始煅燒溫度增大了熱驅(qū)動(dòng)力,促使被吸附的粒子加快向模板外表面的遷移,最終得到了單殼層的中空結(jié)構(gòu)。
　　(3)在前文的基礎(chǔ)上,以大尺寸的C微球?yàn)槟０?還成功制備制備出CoFe2O4、TiO2、CeO2@Si

5、O2等多種材料的多殼層中空結(jié)構(gòu)微球。研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),增加模板尺寸,導(dǎo)致吸附層厚度也隨之增大,從而更加易于發(fā)生重復(fù)的核殼分離過程,并得到多殼層的中空結(jié)構(gòu)。對(duì)產(chǎn)物的釋藥以及催化性能研究發(fā)現(xiàn),相比常規(guī)塊體材料以及常規(guī)納米顆粒,這些具有獨(dú)特多殼層中空結(jié)構(gòu)的材料表現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能。此外,我們所提出的這種技術(shù)還適用于大多數(shù)氧化物多殼層中空微球的制備,這些多殼層中空微球?qū)⒃谒幬镙d體、催化劑、鋰離子電池以及傳感器等眾多領(lǐng)域表現(xiàn)出重要的潛在應(yīng)用價(jià)值