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纳米CeO_2薄膜的制备、表征及其相关行为研究

李纯  
【摘要】:萤石型晶体结构的纳米CeO2薄膜不仅保留了独特的4f层电子结构、晶型单一的稀土元素的特性,而且具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等纳米材料的特性。因此,纳米Ce02表现出许多与传统材料不同的性能,例如优越的储存和释放氧功能及氧化还原反应能力、良好的高温离子导电率以及优良的自修复等特性,在催化、燃料电池以及金属镀层的防护等领域具有广阔的应用前景。 本文在对国内外对纳米结构Ce02薄膜的制备方法的文献进行广泛调研的基础上,主要开展了以下四个方面的研究: (1)系统的探讨了乙酸类配体的阳离子种类、配体浓度和O2等工艺参数对阳极电沉积CeO:薄膜的表面结构的影响规律,进而获得了一套稳定可靠的电沉积制备的优化工艺。结果表明CH3COONH4配体中的铵离子(NH4+)对Ce02薄膜晶粒的细化具有重要作用,镀液中高CH3COONH4配体浓度以及镀液的充氧作用有利于生成阳极电沉积Ce02薄膜的致密化。 (2)采用SEM、XRD、椭圆偏振光谱仪等多种现代材料研究手段对优化条件下制备的纳米结构Ce02薄膜进行了一系列的表征。结果表明,纳米结构Ce02薄膜具有整体纳米结构,其晶粒平均粒径大约为5-10nm,薄膜厚度为17nm左右。 (3)采用阴极恒电流沉积法和溶胶—凝胶法制备纳米CeO2,结果表明采用恒电流沉积所制得纳米Ce02颗粒与基体结合的好,沉积均匀,晶向定向生长;而溶胶—凝胶法所得到的纳米Ce02颗粒易脱落,晶向随机生长。 (4)采用循环伏安等电化学技术,初步探讨了纳米Ce02薄膜的电沉积行为。结果表明:纳米CeO2薄膜的沉积过程遵循“非直接电氧化成膜机制”,溶液中的Ce3+离子未脱氧溶液中的溶解O2分子的作用下生成Ce02粉末或存在高度裂纹的Ce02薄膜。


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