稀土铌/钽酸盐纳米材料的溶剂热合成及表征

题名:稀土铌/钽酸盐纳米材料的溶剂热合成及表征
作者:辜敏
学位授予单位:复旦大学
关键词:复合氧化物;;纳米材料;;溶剂热法;;纳米线;;铌酸盐;;钽酸盐;;掺杂;;稀土;;介孔分子筛;;双溶剂法
摘要:

 纳米材料是指晶粒或微粒尺寸为纳米级的材料,广义地说,是材料晶粒或微粒三维尺度中任意一维的尺度小于100 nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺度进入纳米量级时,便会出现于小尺寸效应、量子效应(含宏观量子隧道效应)、表面效应和界面效应等纳米材料特有的性质。由于纳米材料在电学、热Neodymium Magnets学、磁学、光学等物理性质上以及催化、敏感、响应等化学性质上具有与普通材料不同的特性,使得它在医药、电子、环保、机械、纺织、化工等领域得到了广泛的应用。

 自从1991年日本的饭岛等发现碳纳米管以来,一维纳米材料在光学材料、复合材料、传感器、催化剂等方面显示出的极为诱人的应用前景,立刻引起了国内外许多科学家们的广泛关注。金属复合氧化物是一类新型无机非金属材料,由于具有特殊的结构特性,使其表现出较单一氧化物更加优异的性质,并且在催化、环保、能源等领域得到广泛的应用。将纳米技术引入金属复合氧化物的合成、探索以金属复合氧化物为基的一维纳米材料的特性,是对纳米科学的有益丰富。铌、钽酸盐作为一类重要的复合氧化物材料,已成功应用于磁性、铁电等对材料尺寸要求不高的领域,但正因为其尺寸控制上的问题,限制了其在光电以及催化等领域上的应用。通过改进实验方法,合成尺寸较小、性http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets质优良的铌、钽酸盐一维纳米材料,是解决这一问题的有效方法。本文利用溶剂热法,探索合成了若干铌、钽酸盐一维纳米材料,对其形貌作了表征,同时研究了其光催化降解有机染料的性质。

 我们以五氯化铌和硝酸镧为起始原料,以苯甲醇为溶剂,利用溶剂热法在较低的温度下反应得到了形貌规整、晶态良好的LaNbO_4一维纳米线。对所得到的纳米线进行了XRD、SEM、TEM、EDX和XPS等表征。在制备过程中我们考察了各种条件对于产物形貌的影响。采用不同镧的无机盐作为起始原料会对于产物的形貌产生一定的影响。相对更长的反应时间和更高的反应温度会使反应的产率提高而更高的反应温度则有利于得到更高晶化程度的纳米线。在此基础上我们进一步合成了一系列金属(Eu、Dy、Sm、In)掺杂的LaNbO_4纳米线。进行金属掺杂后LaNbO_4纳米材料的形貌未发生太大改变。我们以光催化降解有机染料罗丹明-B为模型反应,研究了所制的样品的光催化活性,并讨论了不同Eu和In掺杂量对于铌酸镧纳米材料光催化活性的影响。与已报道的铌酸盐光催化剂相比,我们制各的LaNbO_4以及其金属掺杂纳米光催化剂在性能上具有很大优势。

 以五氯化铌、五氯化钽与稀土硝酸盐为反应物、苯甲醇为溶剂利用溶剂热法在较低的温度下反应得到了一系列稀土铌、钽酸盐纳米材料,对材料进行了XRD、SEM、TEM、EDX和XPS等表征。我们发现不同的稀土的铌酸盐和钽酸盐纳米材料的形貌不尽相同,呈现出块状、棒状、束状等微观形状。我们以光催化降解有机染料RdB为模型反应,研究了所制的样品的光催化活性,通过与已有光催化降解RdB的文献比较,我们所制备的稀土铌、钽酸盐纳米材料的光催化活性比MNb_2O_6类型的碱土金属铌酸盐光催化材料要好,具有较高的应用价值以及较广的应用前景。

 另外我们利用介孔分子筛SBA-15为硬模板,将铜盐与葡萄糖引入模板孔道,通过SBA-15孔道中高温下碳化的葡萄糖和铜盐之间的原位还原反应将二价铜还原成金属铜,然后在碱液中除掉SBA-15模板得到一维的Cu纳米线。我们对得到的铜纳米线进行的XRD、TEM和N_2吸附等表征。通过TEM表征可以看出得到的铜纳米线较好的复制了SBA-15的孔道结构。XRD和SAED的结果表明得到的铜纳米材料结晶度较好,并在后处理中保持价态的稳定。我们对比了普通浸渍法和双溶剂浸渍法两种浸渍方法对产物形貌的影响,实验结果表明两种方法都可以获得铜纳米线,而后者获得材料的晶化度和结构规整性更高。我们通过对材料和前体的结构表征,探讨了原位还原反应机制。如果利用其他的硬模板,该方法可有效地用于制备其他形貌的铜纳米材料。
学位年度:2009