氧供体醇对非水解溶胶–凝胶法低温合成钛酸铝的影响(英文)

以TiCl4和无水AlCl3为原料,以无水低碳醇为氧供体通过非水解溶胶–凝胶法低温合成了钛酸铝,研究了无水低碳醇种类及用量对钛酸铝合成反应的影响。结果表明:当氧供体按反应式化学计量比用量加入时,在750℃能合成出钛酸铝,其中以乙醇的合成效果最好,异丙醇次之,正丁醇的效果较差;采用甲醇和叔丁醇作氧供体,由于它们的化学活性过大而引发水解反应,不能低温(750℃)合成钛酸铝。当醇用量超过化学计量比时,则合成效果显著下降;当醇用量低于化学计量比时,改变乙醇的用量对合成效果影响不明显,而减少异丙醇和正丁醇用量可显著提高钛酸铝的合成效果。

溶胶–凝胶法合成Nd:YAG粉体及透明陶瓷的制备

以Y2O3和硝酸盐为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶–凝胶法合成了Nd0.03Y2.97Al5O12(Nd:YAG)干凝胶,经不同温度焙烧后制得前驱粉体,然后将粉体经1700℃真空烧结制备了Nd:YAG透明陶瓷。对柠檬酸的络合作用进行了探讨,对粉体及透明陶瓷的结构、形貌和光学性能进行了研究。结果表明:柠檬酸与硝酸盐发生络合反应形成有机网络结构,有效减轻了粉体颗粒间的团聚;950℃焙烧后得到纯相Nd:YAG粉体,颗粒细小并呈片状;Nd:YAG透明陶瓷致密度高(理论密度的95%),晶粒尺寸约为10μm,在1060nm处的透射率为63%。

溶胶–凝胶法制备核级ZrB2粉体

针对核级ZrB2–IFBA可燃毒物燃料的特点,以硼酸、硝酸氧锆作为B、Zr源,葡萄糖为C源,通过溶胶-凝胶技术和热碳还原工艺制备出核级ZrB2超微粉体。采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、化学滴定仪等分析了样品的相组成、微观形貌和元素质量分数。结果表明,当Zr:B:C=1:2.2:6.5（摩尔比）时,在1300℃保温2 h后可获得平均粒径为0.41μm的超微ZrB2粉体,整个过程B损失率最低为10.6%（质量分数）,与现有工业化ZrB2粉末制备工艺相比,B损失率显著降低。

Ce、Pr共掺LSO多晶薄膜的溶胶–凝胶法制备及其发光性能

采用溶胶–凝胶法结合旋涂工艺在单晶硅(111)上制备了Ce^(3+)、Pr^(3+)共掺杂的硅酸镥(Lu_2SiO_5)薄膜,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)对(Ce,Pr):Lu_2SiO_5薄膜的物相、表面形貌及发光性质进行了研究和表征。结果表明:薄膜样品在1000℃下形成了A-Lu_2SiO_5纯相;在1100℃下形成了B-Lu_2SiO_5纯相。经1100℃煅烧后,通过SEM可以观察到薄膜表面均匀、平整、无裂纹,晶粒大小为200~300 nm,旋涂10层的薄膜厚度约为320 nm。从PL谱中可以发现:在共掺杂体系里,Pr^(3+)在跃迁过程中,有一部分能量传递给Ce^(3+)离子,使Ce^(3+)产生特征能级跃迁,并且使Ce^(3+)发射强度比单掺杂Ce^(3+)时的发射强度更强。

KH560修饰的溶胶–凝胶法二氧化硅载体用于脂肪酶的固定化

以F127为模板剂,采用溶胶–凝胶法制备了环氧硅烷改性剂KH560修饰的二氧化硅(F-560-S),通过TG、FTIR、SEM和N_2吸附–脱附等方法对样品表面性质和结构进行了表征。结果表明,F-560-S表面富含环氧基,且具有较大孔径和比表面积。以F-560-S为载体通过共价结合法固定南极假丝酵母脂肪酶B(CALB),结果表明环氧基和载体形貌共同影响固定化酶固载量和酶学性质。F-560-S对CALB的固载量达到375 mg/g support,为普通Si O_2(U-S)的37.5倍;F-560-S固定的CALB在多种有机溶剂中催化1-苯乙醇与醋酸乙烯酯的反应时,催化转化率普遍高于U-S固定的CALB,热稳定性和操作稳定性均有明显改善,重复使用7次后F-560-S固定的CALB酶活力仍为初始活力的88.3%。

Lu2O3纳米线阵列的超声辅助溶胶–凝胶模板法制备与表征

采用超声辅助的溶胶–凝胶阳极氧化铝(AAO)模板法制备Lu_2O_3纳米线阵列。通过X射线衍射谱(XRD)、能量色散X射线谱(EDX)、扫描以及透射电镜(SEM及TEM)对纳米线阵列的晶体结构和形貌进行表征。结果显示:Lu_2O_3纳米线阵列的晶相呈纯立方相Lu_2O_3多晶结构;纳米线形貌完整、取向一致、粗细均匀,直径约200 nm。与简单浸泡法相比,采用的超声辅助技术可有效提高Lu_2O_3在AAO孔道内的填充度,填充度接近100%。该方法具有工艺简单、成本低廉、填充度高、重复性好等特点,不仅可实现大面积Lu_2O_3纳米线阵列的制备,而且还可推广到其他材料的纳米线阵列制备。

基于Pechini溶胶–凝胶法的染料敏化太阳能电池的优化

采用Pechini溶胶–凝胶法一步反应工艺制备功能型的TiO_2薄膜,基于界面电荷复合效应探讨Pechini型TiO_2膜厚对电池光电性能的影响机制,并通过膜厚调控对电池性能进行优化。采用UV-Vis、电化学阻抗谱以及暗态I-V测试,系统研究了TiO_2膜厚对染料吸附量、界面电子复合过程以及电池光电性能的影响规律。结果表明,随着TiO_2膜厚增加,染料吸附量增加引起电池光捕获效率和光电流增加;同时,TiO_2膜中的电子寿命缩短,TiO_2/电解质界面的电子复合几率增大导致电池光电压下降。上述综合作用使得电池效率先增加后减小,并在膜厚为10.7μm时,光电转化效率达到最佳值7.75%(相同工艺条件下常规方法为6.56%)。

溶胶–凝胶法制备Au-BaTiO_3纳米复合薄膜及其介电性能

采用溶胶–凝胶法在Pt/Ti/Si O2/Si基板上制备了Au-Ba Ti O3纳米复合薄膜,并且对其晶体结构、微观组织和介电性能进行了研究。结果表明,Au在复合薄膜中以直径为5~22 nm的Au纳米粒子弥散地分布在Ba Ti O3基体中。Au的添加量对复合薄膜的介电性能和表面形貌有很大影响,其最佳添加量约为5mol%。复合薄膜经过550℃的低温退火已经完全结晶为钙钛矿相,其介电常数与700℃退火的纯Ba Ti O3薄膜的相当。在Au-Ba Ti O3复合薄膜的结晶过程中,一方面,Au纳米粒子可能促进了中间相的分解;另一方面,Au纳米粒子诱发了钙钛矿相的异质形核,促进了Ba Ti O3的结晶化。因此,Au纳米粒子大幅度地降低了复合薄膜的退火温度,并显著提高了复合薄膜的介电性能。

剑麻纤维的溶胶–凝胶技术改性

通过溶胶–凝胶技术以正硅酸乙酯作为溶胶前驱体对剑麻纤维进行改性,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重(TG)分析、X射线光电子能谱(XPS)分析以及单根纤维拉伸性能测试对改性剑麻纤维进行表征。FTIR和XPS测试结果表明,SiO_2凝胶成功引入剑麻纤维中;TG分析结果表明,经过溶胶–凝胶技术改性后,剑麻纤维的起始热分解温度变化很小,仅提高约0.5℃,但失重率明显降低;拉伸性能测试结果表明,溶胶–凝胶技术改性剑麻纤维的拉伸强度高于未改性的纤维,且剑麻纤维的吸湿率越高,单根纤维的拉伸强度越高,当纤维吸湿率为22.7%时,其拉伸强度较未改性纤维提高了29.21%,较KH550改性纤维提高了7.84%。

溶胶–凝胶法和水热法制备TiO_2–GO及其光催化降解UDMH的对比

分别采用溶胶–凝胶法和水热法制得Ti O2–GO(氧化石墨烯)复合材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱(EDS)、紫外可见漫反射光谱(UV–vis DRS)等对其进行表征,并将制备的Ti O2–GO复合材料用于降解偏二甲肼(UDMH)废液。结果表明:溶胶凝胶法制备的Ti O2–GO中Ti O2颗粒尺寸较大、比表面积小,颗粒将GO覆盖,使GO吸附作用弱化;而水热法制备的Ti O2–GO中Ti O2颗粒尺寸小,比表面积大,在GO表面分散性好,GO吸附作用较强;溶胶凝胶法、水热法制备的Ti O2–GO对20 mg/L UDMH废水的2 h降解率分别为73.93%、79.34%,水热法制备的Ti O2–GO催化性能较好。

ZnO纳米晶的溶胶–凝胶法合成与光催化性能

纳米ZnO是一种新型功能性纳米材料,因其具有优异的光学、电学等性质而受到人们的广泛关注。本文以醋酸锌为锌源,二甘醇为溶剂,采用溶胶–凝胶法成功制备了ZnO纳米晶。通过控制乙酸锌的浓度得到平均粒径为3.5,4.7,5.6,6.7,8.6 nm的ZnO纳米晶,借助X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)多种测试手段对其进行了表征,XRD表明,产物为结晶良好的纤锌矿ZnO。通过降解罗丹明B(RhB)研究了样品的光催化性能,结果表明ZnO纳米晶光催化活性随着晶粒的减小而逐渐增强,并对这一现象进行了阐述。

间苯二酚–甲醛辅助溶胶–凝胶法制备纳米Li_2MnSiO_4/C正极材料

采用间苯二酚–甲醛辅助溶胶–凝胶法制备了纳米Li2MnSiO4/C正极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试等方法对材料的结构、形貌以及电化学性能进行了分析和表征。结果表明,所制备的样品属于正交晶系Pmn21空间群,物相纯度很高,颗粒尺寸细小(50 nm左右)且分布均匀,并具有良好的电化学性能,首次放电比容量为105.7 mAh/g,50次循环后容量保持率高达90.7%。XRD图谱显示,经过充放电循环后,Li2MnSiO4能始终保持稳定的晶体结构,表明间苯二酚-甲醛在烧结过程中形成的网络包覆碳层不仅提高了材料的电子电导率,还维持了材料结构的稳定。

溶胶–凝胶温度对Cu0.5Ce0.375Zr0.125Ox结构及催化降解甲苯性能的影响

采用简单的溶胶–凝胶法在不同的温度下制备Cu0.5Ce0.375Zr0.125Ox复合氧化物催化剂,通过XRD、H2-TPR、O2-TPD和Raman技术表征催化剂的结构,在固定床反应器中对其降解甲苯性能进行研究.结果表明:溶胶–凝胶的温度对催化剂的结构和活性具有一定影响,适宜的溶胶–凝胶温度有利于增强金属离子的流动性,促进CuO和CeO2的相互作用,使Cu2+更容易进入到CeO2晶格中形成Cu-Ce固溶体,形成缺陷结构,产生更多的氧空位.当催化剂制备的溶胶–凝胶温度为70℃时,催化剂降解甲苯的活性最好,其完全降解甲苯的温度为250℃.这归因于该催化剂具有高达0.95的氧空位浓度和对活性起主要作用的活性物种较高的耗氢量.

溶胶–凝胶法制备BZT-0.5BCT铁电薄膜及其电学性能研究

(1-x)Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-xBCT)是一类新型的无铅铁电材料,表现出良好的铁电、压电性能,特别是x = 0.5时,BZT-0.5BCT处于准同型相界区域,具有优异的压电性能,而铁电性的研究还较少。本文采用溶胶–凝胶方法在Pt(111)基底上制备了BZT-0.5BCT铁电薄膜。研究了不同退火工艺对薄膜结构、形貌和铁电性的影响。结果表明逐层退火的薄膜表现出更好的铁电性。

中国溶胶–凝胶历程回顾及进展

溶胶–凝胶技术作为一种先进的材料合成技术已被广泛应用于粉体、薄膜、块体、多孔材料等不同类型的材料的制备中,由此获得的材料相比传统方法得到的材料展现出更为优异的特征与性能。在过去的20年中,中国在溶胶–凝胶技术的研究和应用领域也取得了长足的发展。为此,本文总结回顾了中国溶胶–凝胶技术的发展历程,并梳理了近5年来中国科研工作者在该领域所取得的研究成果。可以明显看到,中国无论在溶胶–凝胶技术的学术领域还是产业应用领域都取得了长足的发展,并将溶胶–凝胶技术带入了一个新的蓬勃发展阶段。

广适性新材料制备方法——溶胶–凝胶技术

溶胶–凝胶技术是一种特殊的湿化学制备方法,具有分子水平的化学一致性和温和的制备环境条件等特点,可应用于零维到三维新材料的制备。

非水解溶胶–凝胶法制备钛酸铝薄膜及其抗熔盐腐蚀性能

采用非水解溶胶–凝胶工艺,以无水三氯化铝和四氯化钛为前驱体,乙醇为氧供体,环保型高沸点二元酸酯混合物AGSE为溶剂,四丁基溴化铵为稳定剂,在碳化硅基片上制备出均匀、致密的钛酸铝薄膜。借助差热–热重、X射线衍射、场发射扫描电镜和扫描电镜等研究了钛酸铝干凝胶热处理过程中的相变化、钛酸铝薄膜的晶相组成、显微结构及其抗硝酸钠熔体腐蚀性能。结果表明:在750℃低温制备的钛酸铝薄膜晶粒约为10nm,薄膜具有良好的抗硝酸钠熔体腐蚀性能;热处理温度提高到1350℃后,钛酸铝薄膜的晶粒增大至120nm左右,晶界面积急剧减小,无定形相消失,钛酸铝薄膜的抗硝酸钠熔体侵蚀性能大大提高。

非水系溶剂溶胶-凝胶法制备高性能LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2,溶剂分别采用水、乙醇、乙二醇和丙三醇。通过TG/DSC进行样品的热性能分析,确定样品的烧结条件为550℃预处理6 h,750℃烧结24 h。XRD分析结果显示,采用有机溶剂制备的样品,018/110峰分裂明显,但向小角度偏移,说明样品的晶间距增大。SEM结果表明,采用有机溶剂制备的样品,平均颗粒尺寸0.4μm,小于采用水溶剂制备的样品颗粒尺寸0.5μm。采用乙醇与乙二醇为溶剂制备的样品出现了部分大尺寸的单晶颗粒。电化学性能测试结果表明,采用有机溶剂制备的样品的充放电性能要低于水作为溶剂的样品性能,但是采用乙醇作为溶剂制备的样品,首次放电容量(197.33 m Ah/g)与水作为溶剂(200.66 m Ah/g)制备的样品相当,并且在1C倍率下50次循环,容量保持率由水溶剂制备样品的87.1%增大至94.4%。大尺寸单晶颗粒的存在有利于NCA材料循环性能的提高。

CuO(CoO,MnO)/SiO_2纳米复合气凝胶催化剂载体的溶胶-凝胶法制备及成胶机理

采用正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS)和Cu,Co,Mn的醋酸盐溶液,通过溶胶-凝胶法、常压干燥制备了过渡金属氧化物含量高达75%(质量分数)的CuO(CoO,MnO)/SiO2纳米复合气凝胶,对其成胶机理进行了分析。结果表明:制得的CuO(CoO,MnO)/SiO2纳米复合气凝胶具有SiO2气凝胶的纳米孔隙三维网络结构和高比表面积;当过渡金属醋酸盐与TEOS的比例不同时,Cu,Co和Mn能够与氧在网络结构中形成不同程度的—O—M—O—桥键连接;通过气凝胶的多孔网络分隔作用,可使更多过渡金属氧化物CuO,CoO和MnO的超细粒子均匀分散于CuO(CoO,MnO)/SiO2复合气凝胶或SiO2气凝胶骨架中。这种结构既有利于提高催化剂负载量,又能充分利用CuO,CoO和MnO的助催化作用,因此CuO(CoO,MnO)/SiO2纳米复合气凝胶可作为催化剂载体用于催化合成碳酸二苯酯及其它催化领域。

氧化铝泡沫陶瓷及其表面溶胶–凝胶涂层的制备

采用有机泡沫浸渍法制备了氧化铝泡沫陶瓷,考察了工艺参数对泡沫陶瓷结构和性能的影响,研究了溶胶–凝胶法在泡沫陶瓷表面形成凝胶涂层的制备工艺。结果表明:对有机泡沫进行15%NaOH水溶液处理及5%PVA水溶液活化处理,采用离心挂浆工艺,制备了3种规格的的泡沫陶瓷,其孔尺寸范围为0.8～1.2mm,孔筋尺寸为0.1～0.25mm。泡沫陶瓷的抗压强度随ppi值(每英寸模板孔数)的增大而提高;二次挂浆有利于抗压强度的提高。泡沫陶瓷的抗热震性能随ppi值的减小而增加。采用负压浸胶工艺,可较好地在泡沫陶瓷表面形成TiO2凝胶涂层。