收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

无模板法合成无机空心微球及其性能研究

王文寿  
【摘要】: 空心微纳米结构由于具有低密度、高比表面积和良好的单分散性、及空心部分能容纳其它材料等优点,使其在微尺度反应器、药物传输载体、光子晶体、催化剂和能量存储等诸多领域都有着重要的应用,已成为当前纳米材料科学的前沿和热点。目前空心微纳米结构的关键科学问题主要包括以下三个方面:一是如何发展无模板法可控合成出多元成分及难以合成材料的空心微纳米结构;二是探索空心微纳米结构的空心化形成机制,为无模板法可控合成技术提供理论依据;三是实现空心微纳米结构的功能化,为其实际应用奠定基础。本论文围绕上述三个方面的科学问题展开研究。论文的主要研究成果概括如下。 首先是采用无模板法水热合成了CaWO4和CaMoO4空心微球。通过对合成工艺的系统研究,实现了对目标产物的形貌、尺寸、几何均匀性等的精确控制。提出了“十二烷基磺酸钠(SDS)诱导Ostwald熟化”及“溶解-形核-长大-Ostwald熟化”分别是形成CaWO4和CaMoO4空心微球的主要机制;反应起始阶段形成中间产物的结构不稳定是诱发随后Ostwald熟化的关键。该研究结果证明Ostwald熟化机制可以用来合成多元化合物空心微纳米结构,为无模板法合成多元化合物空心微纳米结构提供了一条切实可行的途径。 利用“热注入法”,在较低温度下(100○C)水相合成了具有不同厚度和直径的“面包圈状”CaMoO4微米结构,该微米结构由纳米片沿厚度方向堆积而成。通过改变反应体系的酸碱度、钼源及混合溶剂,制备出了不同直径的微球状、纺锤体状、面包圈状及复杂超结构状CaMoO4微米结构,实现了CaMoO4微米结构的可控合成。通过酸性溶液腐蚀,获得了空心“面包圈状”CaMoO4微米结构。 在室温液相条件下合成了CdMoO4空心微球,其球壳由沿微球径向排列的纳米棒组成。该法仅使用CdCl2和Na2MoO4水溶液在室温常压下反应,不需要加热或使用表面活性剂,为直接研究空心化过程提供了良好的条件。中间产物的研究结果表明,“NaCl诱导Ostwald熟化”是形成CdMoO4空心微球的主要机制。在空心微球的形成过程中,NaCl对早期形成的CdMoO4实心微球起到稳定作用并包覆在微球表面,使得后续反应生成物CdMoO4沉积在“NaCl-稳定CdMoO4实心微球”表面上,从而形成核-壳结构;随后发生Ostwald熟化过程形成空心微球。在此基础上,通过向反应体系添加一定量的SDS,可以制备出同质CdMoO4核-壳型微球。反应过程中间产物研究表明核-壳微球的形成受“三步生长过程”控制,SDS和CdMoO4间的相互作用是形成核-壳型微球的主要原因。 CdMoO4空心微球的UV-Vis结果表明,微球在200到370nm波段内有吸收,其带隙为3.48eV。CdMoO4空心微球的发射光谱在320-600nm波段内出现一个发射峰,峰值位于354nm,其发射光谱主要来源于[MoO42-]的电荷-迁移转变。以CdMoO4为基质,采用Eu离子掺杂,获得了一种新型红色发光体。发光光谱表明发光体在535、590及613nm处出现发射峰,且613nm处的发射峰显著强于590和535nm。 研究还发现,CdMoO4空心微球在紫外光作用下具有光催化降解污染物的能力。经500oC热处理2h能显著提高CdMoO4空心微球的光催化效果。CdMoO4催化剂是通过O2p轨道的电荷向Mo4d轨道转移来实现光催化降解污染物。在相同条件下,CdMoO4空心微球的光催化效果优于CdMoO4实心微球,其原因源于空心微球具有更大的比表面以及壳层存在大量孔隙。提出了“化学转变诱导Ostwald熟化”机制,用来合成直接反应难以制备物质的空心微纳米结构。分别采用CaWO4和CdMoO4实心微球作为前驱体,合成了CaF2及Cd(OH)2空心微球。空心微球的形成主要通过三个过程:首先在室温水溶液条件下获得CaWO4和CdMoO4实心微球;实心微球经过化学转变,生成CaF2及Cd(OH)2实心微球;刚形成的CaF2及Cd(OH)2实心微球结构不稳定,导致Ostwald熟化发生,实心微球逐渐转变成空心微球。“化学转变诱导Ostwald熟化”机制可以用来合成一系列新型空心微纳米结构,为制备直接反应难以合成化合物的空心微纳米结构提供了新思路和途径。进一步的研究结果表明,Eu离子掺杂CaWO4实心微球可通过该机制转变成Eu离子掺杂CaF2空心微球。Eu离子掺杂CaF2空心微球表现出优异的发光性能。“化学转变诱导Ostwald熟化”机制为无机空心微纳米结构的形成机制、性能及应用研究提供了更为广阔的空间。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李子强,王国利;酚醛树脂溶液及其微球产品热稳定性的研究[J];矿冶;1998年01期
2 孙瑞雪;李木森;吕宇鹏;;空心微球型材料的制备及应用进展[J];材料导报;2005年10期
3 王敏;陈友存;;二硫化镍空心微球的制备和表征[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2008年01期
4 ;Soft Matter:基于天然聚多糖的自组装纳米空心微球研究取得新进展[J];纳米科技;2011年01期
5 黄智;廖其龙;;氧化铝空心微球的制备[J];中国粉体技术;2008年03期
6 王寅珏;邵兵;张文莉;邵怿;倪良;;非均相回流技术制备开口ZnS空心微球[J];现代化工;2008年12期
7 陈广大;褚海斌;李雪梅;金钟;李彦;;溶剂热法制备硫化镍空心微球[J];化学学报;2006年01期
8 王强;常冠军;焦文秀;罗炫;张林;林润雄;;含异亚丙基聚亚胺醚酮空心微球的制备[J];化学研究;2009年02期
9 刘美英;单楠楠;郭传华;林春明;许志玲;白丹;;丙烯酰胺辅助溶剂热技术调控硫化镍的物相及形貌(英文)[J];无机化学学报;2011年06期
10 魏斌;;空心微球研究进展[J];科技咨询导报;2007年25期
11 王吉会;董青;李英;;正辛胺模板法制备Si/Al复合空心微球及其结构表征[J];材料工程;2008年10期
12 朱永政;尹计秋;邱明辉;;非密堆积TiO_2空心微球光子晶体的制备与能带分析[J];物理学报;2008年12期
13 邓字巍;陈敏;周树学;游波;武利民;;一种制备单分散SiO_2空心微球的新方法[J];高等学校化学学报;2006年10期
14 黄云霞;曹全喜;李智敏;王毓鹏;李桂芳;卫云鸽;;空心微球表面化学镀Co/Co-Fe薄膜制备及其微波吸收性能[J];稀有金属材料与工程;2007年06期
15 陈慧英;张鹤腾;于乐;;利用空心微球和介电泳去除水中Pb~(2+)[J];环境科学学报;2010年04期
16 肇研;张桐;张润;陈吉平;段跃新;;空心陶瓷微球表面化学镀钴工艺及电磁性能研究(英文)[J];稀有金属材料与工程;2010年04期
17 敖卫;张高文;朱发德;刘嘉宁;;TiO_2空心微球制备技术研究进展[J];材料开发与应用;2011年02期
18 廖世军;杨旭;梁华根;杜丽;;合成条件对SiO_2介孔空心微球形貌及结构的影响[J];华南理工大学学报(自然科学版);2010年02期
19 正恺;;日本太洋化研有限公司空心微碳球性能简介[J];化工新型材料;1980年04期
20 骆文仪;探针法测定微粒材料的热导率[J];火炸药学报;1998年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 展红全;江向平;李小红;罗志云;罗凌虹;;水热界面反应制备二氧化钛空心微球[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
2 宋彩霞;王德宝;古国华;胡正水;张灿英;;CdS空心微球的制备与表征[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
3 张敬杰;宋广智;刘新厚;;非晶态二氧化硅空心微球吸波材料[A];中国化学会第二届隐身功能材料学术研讨会论文集[C];2004年
4 胡丹;陈敏;;磁性荧光PMMA/Fe_3O_4-ZnS空心微球的制备及表征[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 李军奇;何作利;朱振峰;;TiO_2空心微球的控制合成及表征[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
6 李本侠;王艳芬;;MoS2空心微球的合成、表征及形成机理[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
7 安璐;杨红;胡鹤;杨仕平;;不同粒径SiO_2空心微球的制备及其在超声-磁共振成像中的初步应用研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
8 叶夏雷;宋玉哲;刘斌;林树美;王运福;韩根亮;李工农;刘国汉;;α-Fe_2O_3空心微球的制备与气敏性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
9 付志兵;唐永建;王朝阳;侯海乾;;RF气凝胶空心微球制备初步研究[A];第十届中国核靶技术学术交流会摘要集[C];2009年
10 余家国;余火根;刘升卫;赵秀峰;;无机空心微球的化学诱导自转变制备及其在光催化中的应用[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2009年年会论文集(一)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王文寿;无模板法合成无机空心微球及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 张建;界面扩散受限条件下晶体生长形态学研究[D];中国科学技术大学;2012年
3 刘升卫;新型光催化纳米材料的分等级组装、改性及其活性[D];武汉理工大学;2009年
4 纳维德;[D];华中科技大学;2012年
5 纳维德(Muhammad Naveed Anjum);[D];华中科技大学;2012年
6 刘玮洁;TiO_2基有序球/孔微纳结构的制备及光催化性能研究[D];吉林大学;2010年
7 葛岚;几种过渡金属硫化物及氧化物的液相合成[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 焦燕;空心玻璃微球表面仿生沉积磷灰石涂层细胞微载体的研究[D];山东大学;2013年
9 黄云霞;微波吸收剂的制备及性能研究[D];西安电子科技大学;2009年
10 吕庆荣;尖晶石型铁氧体空心/多孔微球的制备与磁性研究[D];安徽大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 兰阳;聚合物空心微球的合成及在催化反应中的应用[D];南开大学;2010年
2 王盛柳;分散聚合制备光反应活性壳交联/空心微球及生物大分子固定研究[D];北京化工大学;2012年
3 田媛;急冷快速凝固条件下金属空心微球的形成规律[D];西安理工大学;2010年
4 刘一杨;双层塑料空心微球制备与掺杂技术研究[D];吉林大学;2011年
5 连超;硫化物空心微球的制备、表征及其光学特性研究[D];青岛科技大学;2011年
6 林创发;轻质聚合物空心微球的改性及其在外墙隔热节能涂料的应用[D];华南理工大学;2012年
7 王小杰;多孔氧化铜空心微球的制备及表征[D];山东科技大学;2011年
8 吕通;轻质导电—磁性复合空心微球的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
9 周长;模板法制备过渡金属氧化物空心微球及其性能研究[D];安徽大学;2011年
10 徐楠;模板法制备微晶玻璃空心微球[D];中国海洋大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978