幾種過渡金屬硫化物及氧化物的液相合成.pdf

1、材料科學(xué)的進(jìn)步對經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展起到了巨大的促進(jìn)作用，特別是具有特殊性能和廣闊應(yīng)用前景的無機(jī)功能材料，作為材料科學(xué)的重要組成部分，已經(jīng)逐漸滲透至各個行業(yè)。材料的性能往往與其形貌和結(jié)構(gòu)之間存在著密切的聯(lián)系，因此，實現(xiàn)無機(jī)功能材料的形貌可控合成以期獲得更加優(yōu)良的性能，已經(jīng)成為世界各國研究的熱點(diǎn)。
　　 本論文采用簡便、低能耗的液相合成路線，在離子液體、乙醇、檸檬酸三鈉等修飾試劑的輔助下，合成了鳥巢狀CuS空心微球、海參狀PbS粒子、

2、部分開口的ZnO空心微球、花狀水鋅礦(Zn5(CO3)2(OH)6)及其他幾種形貌各異的ZnO粒子和過渡金屬硫化物。通過XRD、SEM、TEM等表征手段對產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和形貌等進(jìn)行了分析測試，初步探討了產(chǎn)物的形成機(jī)制，并對部分產(chǎn)物的催化、光學(xué)、氣敏和重金屬離子吸附性能加以研究。
　　 采用兩步法合成了已廣泛應(yīng)用于無機(jī)合成過程的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體([BMIM]BF4)，在該離子液體的輔助下，通過油水界面反應(yīng)

3、合成了由大量片狀微晶組裝而成的鳥巢狀CuS空心微球。并考察了不同實驗條件對產(chǎn)物形貌的影響，確定了鳥巢狀CuS空心微球合成的最佳條件為以CuCl2為銅源，采用[BMIM]BF4離子液體輔助，130℃反應(yīng)24h。通過對比在有無離子液體輔助下產(chǎn)物的形貌，對產(chǎn)物的形成機(jī)制做了初步的探討，可知離子液體在反應(yīng)過程中起到表面活性劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用，對CuS的形貌具有重要的影響。此外，通過紫外-可見吸收光譜可知，鳥巢狀CuS空心微球具有很寬吸收范圍(

4、204～440nm)。高氯酸胺作為一種常見的氧化劑，是組成火箭復(fù)合固體推進(jìn)劑的重要物質(zhì)，通過高氯酸銨熱分解實驗可知，在CuS空心微球的催化作用下高氯酸銨熱分解溫度區(qū)間從314～372℃降低到281～342℃。
　　 采用油水界面和沉淀等方法合成了CdS、Bi2S3和ZnS粒子。在合成CdS和Bi2S3的過程中，[BMIM]BF4和C2H5OH等修飾試劑分子被吸附在產(chǎn)物晶粒的不同晶面上，起到封端劑的作用，進(jìn)而改變產(chǎn)物的形貌。通過紫

5、外光催化降解實驗可知，在合成的CdS粒子的催化作用下，羅丹明B光降解生成二氧化碳、氧氣和水等，其降解率由16.4％提高到90%以上。利用ZnS與CuS的溶解性差異，以ZnS微球為犧牲性模板，通過化學(xué)轉(zhuǎn)化實驗制備了保留ZnS模板形貌和尺寸的CuS微球。采用水熱法合成了PbS，通過考察反應(yīng)溶劑中的醇水體積比、反應(yīng)溫度及時間等對PbS粒子形貌的影響，確定了在溶劑中醇/水體積比為1:2、反應(yīng)溫度為120℃、反應(yīng)時間為12h時，可獲得形貌最佳的海

6、參狀PbS粒子。
　　 在較低的反應(yīng)溫度下，采用經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的反應(yīng)原料硝酸鋅、六次甲基四胺、檸檬酸三鈉通過沉淀法合成由納米粒子組裝而成的ZnO空心微球，且部分微球表面具有開口。通過對反應(yīng)前驅(qū)體的原位XRD、TG-DSC和XPS的測試和分析可知，其組成為晶面上吸附有檸檬酸根離子的ZnO。檸檬酸三鈉可影響ZnO晶體生長的縱橫比，進(jìn)而改變產(chǎn)物的形貌。通過對比有無檸檬酸三鈉輔助產(chǎn)物形貌的差異，對ZnO空心微球的形成機(jī)制進(jìn)行了探討。此外，通

7、過乙醇?xì)饷粜詼y試實驗可知，由ZnO空心微球組裝而成的氣敏原件在300℃，乙醇濃度為300ppm的響應(yīng)值高達(dá)275，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別為36s和35s，說明ZnO空心微球是一種良好的氣敏材料。
　　 分別以六次甲基四胺、尿素和碳酸氫鈉等為堿源，合成了具有血紅細(xì)胞狀、球形、片狀等不同形貌的ZnO粒子，并考察了在不同修飾試劑作用下產(chǎn)物形貌的變化。在檸檬酸三鈉輔助下，產(chǎn)物趨向于形成球形或類似于球形的粒子，而醋酸鈉對產(chǎn)物形貌則無有利影