無機(jī)材料的乙醇溶劑熱合成及應(yīng)用.pdf

1、本論文探索了用乙醇作為溶劑，通過低溫溶劑熱合成一些無機(jī)材料，包括過渡金屬氧化物、碳微球材料、金屬氧化物/碳復(fù)合材料等。乙醇是除水外最便宜的溶劑，所以在合成化學(xué)，特別是溶劑熱合成上被廣泛的用作溶劑，但是在本論文中除作溶劑外，還可以在碘的催化下低溫碳化，作為碳源。在本論文中所用的反應(yīng)容器是普通的內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜，這種反應(yīng)釜在使用時一般不超過200℃。所以在本論文中的合成都是屬于中低溫溶劑熱合成。溶劑熱具有簡單、反應(yīng)物與溫度都易調(diào)

2、控的特點。合成的無機(jī)材料主要有以下表征手段：掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDS）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線粉末衍射（XRD）、氮氣吸附脫附（BET）、紅外（IR）、紫外－可見（UV-Vis）、拉曼（Raman）、X射線光電子能譜（XPS）及電化學(xué)工作站等。最后根據(jù)所合成的無機(jī)材料的各自性質(zhì)的不同分別對其應(yīng)用做了初步研究。具體工作包括以下幾部分：
　　1、以乙醇為溶劑，以FeCl3·6H2O為溶質(zhì)，高溫下令其醇解可以得到

3、形態(tài)不同氧化鐵材料，包括核－殼有分層結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3。具體研究了時間、濃度、溫度等條件對所合成的α-Fe2O3材料形態(tài)和結(jié)構(gòu)的影響。通過對反應(yīng)時間的研究給出了可能的形成機(jī)理。以核－殼結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3為催化劑，研究了苯甲醇氧化制備苯甲醛的催化反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)以此氧化鐵為催化劑同時可以提高反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率。若以Fe3+為催化劑時轉(zhuǎn)化率高，但是選擇性很低，主要生成苯甲酸，若以商業(yè)α-Fe2O3或Fe3O4為催化劑，則轉(zhuǎn)化率很低。這是

4、因為核－殼結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3內(nèi)部有介孔結(jié)構(gòu)。
　　2、以乙醇為溶劑，以無水FeCl3為溶質(zhì)，單質(zhì)碘為催化劑，溶劑熱條件下合成碳微球。乙醇在反應(yīng)中既做溶劑又作為碳源，是這個反應(yīng)的特點。乙醇之所以能夠碳化，主要是由于碘的催化，因為通常乙醇若碳化需500℃以上的高溫，正是由于碘的存在，降低了碳化的溫度。本實驗具體研究了反應(yīng)時間、FeCl3濃度、溫度、含水量及所加入的碘催化劑的量對所合成的碳材料形態(tài)和結(jié)構(gòu)的影響。通過對反應(yīng)時間及所使用不

5、同醇類作為碳源的的研究，給出了可能的形成機(jī)理。除乙醇外，正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、乙二醇等也可以碳化，但是甲醇不能碳化。最后用所合成的碳球作為載體，研究了甲醇的電催化實驗，結(jié)果表明，以此碳球為催化劑載體時，可以明顯提高甲醇電催化反應(yīng)的活性。
　　3、以乙醇為溶劑，以Zn(Ac)2·2H2O為溶質(zhì)，單質(zhì)碘為催化劑，溶劑熱條件下合成了ZnO/C復(fù)合材料。乙醇在這里同樣既作溶劑又作為碳源。所合成的ZnO/C復(fù)合材料中的含碳

6、量與碘催化劑的加入量是有關(guān)系的，加入的碘少，則ZnO/C復(fù)合材料中的含碳量少，碘量多，則含碳量也增多，最終只能得到直徑在100nm左右的碳球。若再增加碘，則什么沉淀也得不到了。對于不同含碳量的復(fù)合材料，分別測試了其在可見光下的光催化降解有機(jī)污染物的能力，最后發(fā)現(xiàn)，含碳量在30%左右的復(fù)合物微球具有較高的光催化活性。最后給出了形成些復(fù)合物的機(jī)理。
　　4、以乙醇為溶劑，以鈦酸四丁酯為溶質(zhì)，單質(zhì)碘為催化劑，溶劑熱條件下合成了介孔TiO

7、2/C復(fù)合材料。乙醇在這里同樣既作溶劑又作為碳源。碘的存在可以促進(jìn)乙醇的碳化。此復(fù)合材料是典型的介孔材料，比表面積為230.0m2/g，孔徑為4.0nm。500℃下在空氣中可以將碳氧化燒掉，這樣所得到的純TiO2的比表面積和孔徑分別為180.0m2/g和5.5nm。此反應(yīng)提供了無需使用表面活性劑或結(jié)構(gòu)指導(dǎo)劑就可以得到介孔TiO2的方法。將所合成的TiO2/C復(fù)合材料做為鋰離子電池的負(fù)極材料時，可以得到較高的電池容量和較好的循環(huán)倍率特性。