分級(jí)納米結(jié)構(gòu)的形貌合成及性質(zhì)研究.pdf

1、近年來(lái)，通過(guò)化學(xué)方法構(gòu)筑無(wú)機(jī)材料復(fù)雜的多維、多級(jí)納米結(jié)構(gòu)是有序物質(zhì)科學(xué)中的重要進(jìn)展。具有這類結(jié)構(gòu)的材料往往表現(xiàn)出與常規(guī)材料不同的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等性質(zhì)，為深入設(shè)計(jì)和研究新型納米器件提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，因此吸引了包括化學(xué)、物理學(xué)、生命科學(xué)等眾多學(xué)科的研究興趣。本論文旨在探索無(wú)機(jī)材料復(fù)雜多級(jí)納米結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，并發(fā)展溶液相合成此類結(jié)構(gòu)的新途徑。詳細(xì)內(nèi)容歸納如下： (1)利用仿生礦化中表面活性劑的輔助刻蝕的方法模擬礦物在

2、形成過(guò)程中的自然環(huán)境，合成出了具有特殊殼核結(jié)構(gòu)的羥基磷酸鐵。該結(jié)構(gòu)不僅表現(xiàn)出一定程度的表面曲率，同時(shí)，該結(jié)構(gòu)也成為已報(bào)道的眾多晶體結(jié)構(gòu)中新的一員，為研究納米材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系提供了新的素材。該核殼結(jié)構(gòu)的形成是酸性誘導(dǎo)下的刻蝕與表活劑吸附保護(hù)在同一晶面上競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)因素，使得該結(jié)構(gòu)具有良好的重復(fù)性、較高的產(chǎn)率和可操控性，為以后的性質(zhì)研究提供了保證。 (2)用水熱法合成了具有(001)高度取向的Bi

3、2S3納米帶。通過(guò)此法法合成的Bi2S3納米帶具有較的高產(chǎn)率、規(guī)則的形貌和良好的結(jié)晶性。通過(guò)觀察生成過(guò)程中的中間產(chǎn)物，Bi2S3納米帶的形成可以概括為第一階段的熱力學(xué)控制下的生長(zhǎng)和第二階段下的動(dòng)力學(xué)控制生長(zhǎng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)在生長(zhǎng)過(guò)程中防疫體系中的氣/液界面對(duì)于帶狀的形成具有至關(guān)重要的作用。因此這一生長(zhǎng)模型應(yīng)該可以應(yīng)用到其他硫化物的制備中。Bi2S3{001}、{100}和{010}面的功函數(shù)較高且表面結(jié)構(gòu)單一，因此在構(gòu)筑新型場(chǎng)發(fā)射器件上具

4、有潛在應(yīng)用。除此之外，Bi2S3納米帶表面催化及吸附等性能也同樣值得關(guān)注。 (3)通過(guò)水熱法來(lái)一步合成了Bi2S3的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對(duì)其形成過(guò)程和電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了其特殊的組裝模式，即沿特定晶面的對(duì)稱生長(zhǎng)和取向附生。此方法不需要高溫，也不需要任何模板，因此這種方法對(duì)其他硫族化合物的可控合成具有一定的借鑒意義。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由于具有長(zhǎng)程有序的結(jié)構(gòu)，因此可以用來(lái)構(gòu)建新穎的納米器件，特別是場(chǎng)發(fā)射器件、

5、光電器件等。 (4)具有分支結(jié)構(gòu)的m-BiVO4可以通過(guò)水熱法在較低溫度的條件下合成。合成過(guò)程中不需要添加任何表活劑、配體等成分，通過(guò)此法法合成的分支結(jié)構(gòu)的m-BiO4具有較的高產(chǎn)率、規(guī)則的形貌和良好的結(jié)晶性。通過(guò)觀察其生成過(guò)程，分支結(jié)構(gòu)的形成可以認(rèn)為是m-BiVO4沿a，b，c軸方向生長(zhǎng)速度不一致造成的。分支結(jié)構(gòu)的m-BiVO4具有比傳統(tǒng)方法制備的m-BiVO4塊材更大的比表面，從而電子.空穴分散效率得到提高，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的

6、光降解效率。分支結(jié)構(gòu)的m-BiVO4還在乙醇和甲醛氣體等有毒有害氣體的檢測(cè)上有潛在的應(yīng)用，并且穩(wěn)定性和可逆性都比較好。在做為鋰離子電池陽(yáng)極材料時(shí)，分支結(jié)構(gòu)的m-BiVO4具有相對(duì)高的放電壓和穩(wěn)定的循環(huán)性能保持能力。 (5)在碳酸鹽的礦化過(guò)程中利用光解有機(jī)小分子合成了BaCO3分級(jí)結(jié)構(gòu)。這種合成方法與以往研究碳酸鹽仿生礦化所使用的方法不同，整個(gè)過(guò)程中不需要利用機(jī)添加劑來(lái)調(diào)節(jié)晶體的生長(zhǎng)，而是利用光輻射分解有機(jī)小分子，一方面提供CO3