收藏本站
《南京大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

几种纳米粉末与纳米复合薄膜的制备及其光催化和磁性能的研究

孔继周  
【摘要】:由于表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等存在,纳米材料在能源环境、信息、生物等领域内展现出巨大的应用前景,其制备与性能研究已成为国际上最为活跃的领域之一 工业社会发展所带来的环境污染已经严重危及人类的健康乃至生存,而半导体光催化氧化技术则能够有效地利用太阳光来降解有害工业废水和有毒废气,为环境的净化提供一条行之有效的途径。同时,随着信息化时代的到来,存储的信息量不断增加,导致了磁记录面密度快速提高,已经接近现有磁记录材料的物理极限。发展新型的超高密度磁存储材料与技术已经成为迫在眉睫的问题。 本论文针对正在蓬勃发展中的新型半导体纳米光催化材料和超高密度磁存储材料,开展了光催化降解有机染料和纳米复合磁性薄膜编织技术的研究。本文采用湿化学法制备了Ta掺杂ZnO、ZnTiO3纳米粉末,并首次采用原子层沉积技术与FePt颗粒自组装相结合的路径,制备了FePt/Al2O3纳米复合薄膜,系统地研究了工艺参数对结构、形貌、光催化和磁性能的影响,并对相关机制进行了深入的探讨。 主要成果如下: 1.利用稳定的水溶性过氧化柠檬酸钽前体,通过Pechini方法制备不同钽掺杂含量的ZnO纳米颗粒,系统研究了钽掺杂含量和工艺参数对其结构、形貌、缺陷和光催化性能的影响。研究发现Ta掺杂的ZnO样品表现出优异的可见光催化降解有机染料亚甲基蓝(MB)的活性,且700℃获得的1 mol%Ta掺杂ZnO样品具有最高的可见光催化降解效率。这与1 mmol%Ta掺杂ZnO样品的粒径最小、吸附的羟基和氢相关缺陷最多、BET比表面积最大等因素密不可分。对700℃1 mol%Ta掺杂ZnO光催化降解MB的动力学进行研究,发现反应符合一级动力学模型,反应速率常数为4.01×10-2 min-1,半衰期为17.2 min。在pH=8的条件下,该催化剂的活性最强,这与静电吸附和表面羟基数量有关。提出了钽掺杂ZnO的光催化机理,由于Ta掺杂,引起晶格畸变,产生氧空位和锌空位等缺陷,进而形成带隙中间的缺陷能级,在光催化降解MB的过程中起到重要作用。比较而言,氧空位对改善光催化性能的作用更大。 2.用醇解方法制备ZnTiO3光催化粉末,系统研究了退火条件对其结构、形貌、光学带隙和光催化性能的影响。随着退火温度的升高、退火时间的延长,产物晶粒变大,比表面积减小,ZnTiO3由立方的钙钛矿相逐渐转变成六方钛铁矿相。800℃退火3小时可得到纯的六方相ZnTiO3而900℃退火,六方相ZnTiO3分解,出现立方相Zn2TiO4。研究表明,ZnTiO3光催化降解甲基紫的效率与六方相的含量密切相关。带隙小的六方相ZnTiO3含量越多,该样品的催化效率越高。800℃退火得到纯的六方相ZnTiO3样品,具有最优的光催化效率。以纯的六方相样品为催化剂,重点研究了催化剂担载量、pH值以及H2O2浓度对其光催化性能的影响。研究发现,适当的催化剂加入量(4 mg/mL)、pH值(8)以及H2O2浓度(0.102 mol/L)可以促进光催化过程的进行。当催化剂担载量过大、pH值过高以及H2O2加入超量时,反而导致光催化降解率下降。运用第一性原理,对六方钛铁矿ZnTiO3晶体结构进行了优化,得到的晶格参数略小于实验结果。另外,还计算了六方晶体的态密度,得出了其光学能隙为2.75 eV,稍小于实验值3.05 eV。 3.首次将原子层沉积技术与FePt纳米颗粒的自组装有机地结合在一起,发展了一种基于超高密度磁存储应用的FePt/Al2O3纳米复合薄膜的制备方法。发现原子层沉积的无机非磁Al2O3保护层,能有效地防止FePt纳米颗粒在后续高温退火中的团聚现象,获得具有铁磁L10相、分散性好、矫顽力高的FePt/Al2O3内米复合薄膜。研究表明:随着A1203保护层厚度的增加,FePt磁性纳米颗粒的分散性变好,FePt晶粒间交换耦合作用明显降低,但有序度参数S逐渐变小,矫顽力下降。这与两个因素有关:一方面,复合薄膜中FePt纳米颗粒尺寸越小(接近临界尺寸),越难以发生由fcc相到fct的铁磁相变;另一方面,FePt纳米颗粒与Al2O3薄膜界面处的残余应变,也可能导致有序度S减小。最优化的方案是:Al2O3保护层的厚度为10 nm时,高温退火后获得了FePt颗粒分散性好、具有较好磁性能的复合薄膜,其磁矫顽场Hc达到5.9 kOe,磁晶各向异性值Ku为3.86 MJ/m3,热稳定因子η为68.5,满足了工业生产的需要(η≥50)。探讨了制备过程中原位施加外磁场对复合薄膜结构、形貌、性能的影响。研究发现:原位施加垂直于衬底方向的外磁场对FePt的L10相变和磁性能有一定影响,磁矩表现出面内取向趋势,而FePt磁性纳米颗粒仍然保持较好的分散性。研究了碳纳米管负载FePt内米颗粒的乙苯氧化脱氢性能。碳纳米管负载FePt量6%的样品的催化脱氢活性较高,且稳定性较好。 总之,本论文对几种纳米粉末与纳米复合薄膜的制备及其光催化和磁性能进行了系统而深入的研究,取得了一些有意义的进展。特别是基于原子层沉积技术发展了一种超高密度图案型磁存储介质的制备方法,对发展我国具有自主知识产权的超高密度(1 Tbit/inch2)磁存储器件,具有重要参考价值。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 钱旭;几种锌基氧化物薄膜的原子层沉积制备、生长特性与性能表征[D];南京大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张朔;Cu_xS及Cd掺杂薄膜水热法制备和光催化性能研究[D];南京航空航天大学;2013年
【参考文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 董凯锋;FePt基光磁混合记录介质研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 马晨霞;烧绿石型复合氧化物Sm_2InNbO_7的溶胶—凝胶法制备及其光催化性能研究[D];中南大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 华敏;张超;李祖仲;;天然沥青对基质沥青感温性的影响[J];石油沥青;2011年03期
2 原健安;用DSC分析聚合物对改性沥青性质的影响[J];石油沥青;1997年02期
3 刘辉;吴秋杰;;纳米TiO_2富集分离石墨炉原子吸收法测定食品中的铅[J];徐州工程学院学报(自然科学版);2009年01期
4 郝成君,彭玉洁;过渡金属苯丙氨酸希夫碱配合物的合成及表征[J];平顶山师专学报;1999年02期
5 高远浩,陈乾旺,王军;溶胶溶剂热晶化法制备纳米TiO_2微晶[J];平顶山师专学报;2002年05期
6 范浩军,石碧,段镇基;纳米级TiO_2或SiO_2的鞣革机理及鞣性的研究[J];皮革科学与工程;2003年01期
7 马建中,张志杰,刘凌云,胡静;丙烯酸树脂/纳米SiO_2复合涂饰剂的合成研究(续)[J];皮革科学与工程;2005年03期
8 邵双喜,周慧;胶原和明胶的玻璃化转变[J];皮革科学与工程;1996年03期
9 杨秋青,李林书,朱智甲;镧和铕与邻菲罗啉谷氨酸配合物的NMR和IR研究[J];波谱学杂志;1997年06期
10 鲁桂,姚克敏,陈德余,沈联芳,袁汉珍;Ln(Ⅲ)-Ni(Ⅱ)与双水杨醛缩乙二胺席夫碱异核配合物的合成与波谱[J];波谱学杂志;1998年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乐士儒;栾野梅;安茂忠;;电沉积银纳米膜的光学性质研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 秦辉;刘辉利;朱义年;李宗宁;;砷测定方法的研究进展[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
3 方勇纯;;基于学习控制的AFM快速扫描模式研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 宋胜浩;刘才明;;利用示波器测量铁磁材料的物性研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
5 陈育新;瞿晓钢;冯艳秋;;ICP-AES法测定GH4169G中的B元素分析探讨[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
6 彭云成;刘金海;李国禄;晋会锦;张会友;边泊乾;王绍勤;;CADI磨球落球疲劳试验中残余奥氏体相变分析[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
7 冯旭;杨桂香;;高分辨率ICP-AES测定氧化钕中的稀土元素[A];第十三届全国稀土化学分析学术研讨会论文集[C];2011年
8 杨黎明;VPW Shim;陈锋;龚明;;用高应变率大应变载荷制备纳米晶铜试件[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
9 王金相;张晓立;王经涛;赵铮;;爆炸加载制备纳米晶铜实验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
10 王金相;周楠;赵铮;王小绪;杭逸夫;;爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵翔;激光驱动飞片点火设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 曲华;掺杂型ZnS纳米粒子的制备及表面修饰对其发光性质的影响[D];中国海洋大学;2010年
4 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
5 张其颖;生物小分子钒配合物的合成、表征及抗糖尿病活性研究[D];华东师范大学;2011年
6 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年
7 周红洋;硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征[D];中国科学技术大学;2010年
8 杜海军;石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究[D];华南理工大学;2010年
9 张贵军;聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
10 王文涛;天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的阻隔性及相关性能研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐京禧;农业废弃物热解特性的研究[D];华中农业大学;2010年
2 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年
3 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
4 齐天骄;铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备[D];中国工程物理研究院;2010年
5 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年
6 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年
7 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
8 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
9 甘自保;贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征[D];哈尔滨师范大学;2010年
10 赵紫军;(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 张建明;叶炯英;;半导体薄膜光催化降解苯酚废水[J];太原理工大学学报;2006年02期
2 刘军;郝晓刚;李洪辉;张忠林;张福国;;Cu_2O薄膜的制备及其光(电)催化降解甲基橙性能研究[J];太原科技大学学报;2009年05期
3 崔恩田;吕功煊;;不同形貌Cu_xCd_(1-x)S光催化剂光腐蚀性能差异研究[J];无机化学学报;2010年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 魏巍;几种半导体材料的电子结构及光催化等性质的理论研究[D];山东大学;2011年
2 王卓鹏;分子筛的晶化机理及多孔涂层的制备与应用研究[D];吉林大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 罗电宏,马荣骏;对超细粉末团聚问题的探讨[J];湿法冶金;2002年02期
2 洪新华,李保国;溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法的原理与应用[J];天津师范大学学报(自然科学版);2001年01期
3 车如心,高宏,赵宏滨,房井新;溶胶-凝胶技术的发展历史及现状[J];云南大学学报(自然科学版);2005年S1期
4 翟永青,姚子华,丁士文,侯亚军;EDTA络合溶胶凝胶法制备La_(0.8)Sr_(0.2)FeO_3纳米粉体[J];稀有金属;2002年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 于洁;溶胶—凝胶法合成钙钛矿型复合氧化物La_(1-x)Sr_xFe_(1-y)Co_yO_3 的实验研究[D];昆明理工大学;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026