無機(jī)層狀納米復(fù)合物的軟化學(xué)法制備、結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、制造新型納米及亞微米結(jié)構(gòu)材料是當(dāng)今材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于軟化學(xué)法可以在溫和的反應(yīng)條件下和緩慢的反應(yīng)進(jìn)程中以可控制的步驟進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備材料，被認(rèn)為是目前最有前途的制備方法之一。本文以具有較高光催化活性鈣鈦礦型層狀鑭鈦酸鹽為研究對(duì)象，將軟化學(xué)法運(yùn)用到其制備及改性的有關(guān)環(huán)節(jié)，制各以K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>為基礎(chǔ)的納米復(fù)合材料，研究其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、層間反應(yīng)即交換／嵌入反應(yīng)、光催化性能等，主要內(nèi)容如下： 采用了

2、兩種軟化學(xué)法──硬脂酸法及檸檬酸溶膠-凝膠法，在較低的溫度下合成系列超細(xì)層狀材料K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>及K<,2>Ln<,2-x>Ln’<,x>Ti<,3>O<,10>（Ln，Ln’＝L，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy），系統(tǒng)研究了Ln對(duì)K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>晶體結(jié)構(gòu)的影響，證明Ln<'3+>的離子半徑是能否形成鈣鈦礦型層狀結(jié)構(gòu)的決定性因素。解析了K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<

3、,10>（Ln＝Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）系列晶體的結(jié)構(gòu)，得到了未見文獻(xiàn)報(bào)道的Ln＝Pr，Sm，Eu，Gd，Dy的晶胞參數(shù)及指標(biāo)化結(jié)果。對(duì)形成K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>的反應(yīng)歷程進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)了由中間產(chǎn)物KLn2Ti309.5向目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)變的過程。探討了用硬脂酸法合成KLn<,2>Ti<,3>O<,9.5>系列產(chǎn)物，產(chǎn)物為20nm×20nm左右的方塊狀小晶體，具有較大的比表面積，是一類具有層狀結(jié)構(gòu)新化合物

4、。對(duì)K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>的光催化活性研究結(jié)果表明：軟化學(xué)法的產(chǎn)物活性明顯高于固相反應(yīng)法產(chǎn)物；K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>的催化活性按Dy＞Gd＞Nd＞Sm＞La順序遞減，通過對(duì)其能隙的分析解釋了其活性順序；Ln位的部分摻雜有利于提高產(chǎn)物的光催化活性。 系統(tǒng)研究了K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>的層間軟化學(xué)反應(yīng)──酸交換及烷基胺預(yù)撐反應(yīng)，考察了原料的尺寸、酸種類等因素對(duì)酸交

5、換及烷基胺嵌入反應(yīng)的影響，并對(duì)酸交換的動(dòng)力學(xué)及交換產(chǎn)物的拉曼活性進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)了酸種類對(duì)酸交換反應(yīng)速率、交換產(chǎn)物層間距及層板結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，進(jìn)而影響了烷基胺的嵌入過程；酸交換及烷基胺嵌入產(chǎn)物的層間距隨顆粒尺寸的減小而增大：而硬脂酸法制備的超細(xì)K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>在HNO<,3>交換介質(zhì)中可完全剝離且剝離后的單片層自行卷曲成納米棒，小尺寸的H<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>在正丙胺預(yù)撐過程中也出現(xiàn)了

6、剝離現(xiàn)象。 將軟化學(xué)法引入層狀化合物的改性過程，采用柱撐、擔(dān)載、包覆工藝制備了系列以為K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>基的納米復(fù)合材料，并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：改性后產(chǎn)物的光催化活性均得到明顯提高，其中柱撐法改性產(chǎn)物具有最高的催化活性。 探索了K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>及KLn<,2>Ti<,3>O<,9.5>系列材料在火炸藥領(lǐng)域中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)二者對(duì)AP熱分解均有一定的催化

7、活性，而K Ln<,2>Ti<,3>O<,9.5>的催化活性明顯高K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>；但對(duì)于不同的Ln，二者具有相同的活性順序，說明Ln在K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>及KLn<,2>Ti<,3>O<,9.5>體系中的決定性作用。 利用CASTEP模塊，對(duì)K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>晶體的理論模擬，計(jì)算結(jié)果表明其鍵長、帶隙均與文獻(xiàn)值和實(shí)驗(yàn)值吻合；對(duì)K<,2>Ln<,2