过渡金属氧化物新型纳米结构的合成、表征与性质研究
新型纳米结构如微孔纳米颗粒和量子点,因其独特的物理和化学性能以及巨大的应用前景而倍受材料学、物理学和化学等领域科学家所关注。过渡金属氧化物由于在磁存储、电池材料、催化剂以及气敏等领域的广泛应用而成为目前研究的焦点。通过设计和制备过渡金属氧化物新型纳米结构,并研究其磁性质和光学性质,将可能突破“超顺磁限制”和发现新的光催化剂。本论文围绕过渡金属氧化物(CoO和NiO)新型纳米结构的制备、表征和性质进行了以下几个方面的研究: 1.采用有机液相化学反应法,以乙酰丙酮钴为钴源,无需表面活性剂模版,利用自模版的工艺原理一步合成颗粒尺寸可调的具有微孔结构的立方相CoO纳米颗粒。采用X射线衍射、X射线光电子能谱和透射电镜以及高分辨透射电镜等表征手段对反应产物进行了结构分析并发现:CoO微孔纳米颗粒是通过前期形成的CoO纳米晶核以副产物气体为模版不断生长形成的。三种样品的孔径都约为1 nm左右。而且改变乙酰丙酮钴与油胺的比例获得了颗粒尺寸从13nm到50nm的微孔纳米颗粒,使进一步深入研究上述微孔CoO纳米结构的各种物理和化学性质成为可能。 2.对CoO微孔纳米颗粒的光学、光催化和磁性质进行了大量的研究。结果表明:具有微孔结构的CoO在进入纳米尺寸后,其光谱吸收特性发生了根本的变化。首先,在可见光区域,三种样品的吸收波长均小于块材CoO的吸收波长,并且随着颗粒尺寸的减小,样品的吸收波长变短,即出现蓝移现象。其次,在紫外区域出现了新的光谱吸收;把不同颗粒尺寸微孔CoO自组装成具有等级孔结构的薄膜进行光催化活性测试,发现颗粒尺寸越小、比表面越大的样品,其催化性能越好;CoO微孔纳米颗粒具有异于块材的反常磁性质,其颗粒表面的未补偿自旋在低温下表现出铁磁性,并且颗粒表面的铁磁相与颗粒内部的反铁磁相存在着交换耦合作用,从而在低温下出现交换偏置行为。 3.采用修改版的有机液相化学反应法,在氧气氛下利用油胺的高沸点提供高温化学反应环境,并以乙酰丙酮镍为镍源,三苯基膦为表面活性剂一步合成出颗粒尺寸仅为3nm左右的NiO量子点。并通过有机液相化学-种子生长法,以NiO量子点为种子合成出了尺寸更大的NiO纳米颗粒(约26nm)。最后,研究了不同尺寸下NiO纳米颗粒的光催化性质。结果表明:NiO量子点具有最好的光降解性能,这主要归功于其很小的颗粒尺寸和良好的分散性。 4.对NiO量子点的低温磁性质、交换偏置效应以及交换偏置锻炼效应进行了大量的研究。结果表明:NiO量子点具有异于块材的反常磁性质,其颗粒表面的未补偿自旋在低温下表现出铁磁性或者自旋玻璃行为,并且系统内存在着铁磁/自旋玻璃界面耦合作用,导致加场冷却到低温出现交换偏置效应。此外,加场冷却到10K连续循环测量的磁滞回线存在着明显的锻炼效应,HEB和HC从第一次循环到第二次循环急剧减小随后趋于缓慢的减小,这表明在进行循环测量磁滞回线的过程中,存在着两种不同的磁化反转机制。
过渡金属氧化物;纳米结构;合成工艺;性能分析
华中科技大学
博士
材料物理与化学
袁松柳
2012
中文
TM287
104
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）