無機層狀納米復合物的軟化學法制備、結構及性能研究.pdf

1、制造新型納米及亞微米結構材料是當今材料領域的研究熱點之一。由于軟化學法可以在溫和的反應條件下和緩慢的反應進程中以可控制的步驟進行化學反應制備材料，被認為是目前最有前途的制備方法之一。本文以具有較高光催化活性鈣鈦礦型層狀鑭鈦酸鹽為研究對象，將軟化學法運用到其制備及改性的有關環節，制各以K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>為基礎的納米復合材料，研究其結構、形態、層間反應即交換／嵌入反應、光催化性能等，主要內容如下： 采用了

2、兩種軟化學法──硬脂酸法及檸檬酸溶膠-凝膠法，在較低的溫度下合成系列超細層狀材料K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>及K<,2>Ln<,2-x>Ln’<,x>Ti<,3>O<,10>（Ln，Ln’＝L，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy），系統研究了Ln對K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>晶體結構的影響，證明Ln<'3+>的離子半徑是能否形成鈣鈦礦型層狀結構的決定性因素。解析了K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<

3、,10>（Ln＝Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy）系列晶體的結構，得到了未見文獻報道的Ln＝Pr，Sm，Eu，Gd，Dy的晶胞參數及指標化結果。對形成K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>的反應歷程進行了探討，發現了由中間產物KLn2Ti309.5向目標產物轉變的過程。探討了用硬脂酸法合成KLn<,2>Ti<,3>O<,9.5>系列產物，產物為20nm×20nm左右的方塊狀小晶體，具有較大的比表面積，是一類具有層狀結構新化合物

4、。對K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>的光催化活性研究結果表明：軟化學法的產物活性明顯高于固相反應法產物；K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>的催化活性按Dy＞Gd＞Nd＞Sm＞La順序遞減，通過對其能隙的分析解釋了其活性順序；Ln位的部分摻雜有利于提高產物的光催化活性。 系統研究了K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>的層間軟化學反應──酸交換及烷基胺預撐反應，考察了原料的尺寸、酸種類等因素對酸交

5、換及烷基胺嵌入反應的影響，并對酸交換的動力學及交換產物的拉曼活性進行了研究。發現了酸種類對酸交換反應速率、交換產物層間距及層板結構的影響規律，進而影響了烷基胺的嵌入過程；酸交換及烷基胺嵌入產物的層間距隨顆粒尺寸的減小而增大：而硬脂酸法制備的超細K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>在HNO<,3>交換介質中可完全剝離且剝離后的單片層自行卷曲成納米棒，小尺寸的H<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>在正丙胺預撐過程中也出現了

6、剝離現象。 將軟化學法引入層狀化合物的改性過程，采用柱撐、擔載、包覆工藝制備了系列以為K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>基的納米復合材料，并對其光催化性能進行了研究。結果表明：改性后產物的光催化活性均得到明顯提高，其中柱撐法改性產物具有最高的催化活性。 探索了K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>及KLn<,2>Ti<,3>O<,9.5>系列材料在火炸藥領域中的應用，發現二者對AP熱分解均有一定的催化

7、活性，而K Ln<,2>Ti<,3>O<,9.5>的催化活性明顯高K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>；但對于不同的Ln，二者具有相同的活性順序，說明Ln在K<,2>Ln<,2>Ti<,3>O<,10>及KLn<,2>Ti<,3>O<,9.5>體系中的決定性作用。 利用CASTEP模塊，對K<,2>La<,2>Ti<,3>O<,10>晶體的理論模擬，計算結果表明其鍵長、帶隙均與文獻值和實驗值吻合；對K<,2>Ln<,2