CuO纳米材料的研究进展

Cu是与人类关系非常密切的有色金属,其非金属化合物有着广泛的应用。铜基非金属纳米材料因具有表面效应、量子尺寸效应和久保效应,在电、磁、催化等领域表现出不寻常的特性。以CuO纳米材料作为代表,结合自己的科研工作,从材料的结构、制备、性质及应用方面综述了该领域的研究进展,展望了今后的研究方向和前景。

微纳米水合盐相变材料Na_2SO_4·10H_2O的仿生合成与表征

以定量滤纸为生物模板成功制备了具有滤纸形貌的微纳米Na2SO4晶体,经过吸水和低温的结晶过程合成了相变材料Na2SO4.10H2O。并借助扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对产物进行了表征。结果表明,产物纯度很高,且很好地遗传了模板的形貌。同时,最终合成的相变材料Na2SO4.10H2O表现出了良好的储能效果,相变潜热大于200J/g。

水热法合成纳米铁酸镍及其电化学性能的研究

分别以聚乙二醇（PEG）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作表面活性剂，采用水热法合成了铁酸镍（NiFe2O4）纳米微粒。利用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和比表面分析仪对所得产物进行了表征，并研究了所制备NiFe2O4纳米微粒作为锂离子电池负极材料的充放电性能。结果表明，用PEG作为表面活性剂时，所制备NiFe2O4纳米微粒的平均粒径为40～50nm、比表面积为108．73m^2／g，其首次放电容量达到1240．8mA·h／g。

La^(3+)取代的纳米尺寸砷钨氧簇的合成、晶体结构及光催化性质研究

本文基于自组装原理,以Na_(2)WO_(4)·2H_(2)O、亚砷酸钠和LaCl_(3)·6H_(2)O为主要原料,采用一锅法将稀土金属La~Ⅲ与缺位结构的多钨氧簇构筑单元结合得到了一例新型稀土基砷钨氧簇合物,并借助单晶X射线衍射、X射线粉末衍射(PXRD)、傅里叶红外光谱(IR)等手段确认了其结构和组成。单晶X射线衍射结果表明:该配合物属于单斜晶系,C2/c空间群,晶胞参数为a=3.59556(14)nm,b=1.22248(4)nm,c=2.24734(9)nm,β=117.1170(10)°,V=8.7923(6)nm^(3),Z=4,其分子式为[(CH_(3))_(2)NH_(2)]_(8)H_(3.56)[{LaO(H_(2)O)_(2)}{WO(H_(2)O)}{W_(0.24)(H_(2)O)_(2)}{AsW_9O_(33)}_(2)]。在该化合物中,聚阴离子簇[{LaO(H_(2)O)_(2)}{WO(H_(2)O)}{W_(0.24)(H_(2)O)_(2)}{AsW_9O_(33)}_(2)]~(11.56-)具有三明治结构,可以看作是由两个{AsW_(9)O_(33)}单元夹心1个{LaO(H_(2)O)_(2)}片段、1个{WO(H_(2)O)}组分和1个{W_(0.24)(H_(2)O)_(2)}片段组成。本文进一步探究了该化合物对于罗丹明-B的催化降解性质,结果表明,在300 W的汞灯照射条件下,该化合物表现出了良好的光催化活性,降解效率为74%。

MS_n(M=Fe,Cd,Zn)微纳米结构材料的溶剂热合成与表征

以单质硫粉为硫源,乙醇为溶剂,在不添加任何络合剂和表面活性剂的条件下使之与MCln(M=Fe、Cd、Zn,n=2,3)金属盐发生溶剂热反应并成功制备了MSn(M=Fe、Cd、Zn,n=1,2)微纳米结构材料。并用XRD、SEM对所得产物进行一系列的表征,研究和讨论了反应温度、反应时间、尤其是溶剂对所得产物的形貌和纯度等的影响。

暴露晶面对Bi_2O_3/BiOCl复合纳米材料光催化性能的影响

采用热氧化法分别制备了Bi_2O_3纳米颗粒修饰的暴露晶面为(001)的BiOCl纳米片(001-BiOCl)和Bi_2O_3纳米颗粒修饰的暴露晶面为(010)的BiOCl纳米片(010-BiOCl)复合材料。采用XRD,SEM对样品的结构与形貌进行分析,采用紫外-可见分光光度计(UV-vis)测试样品的光吸收性质,采用氙灯辐照下光催化降解罗丹明B的方法测试不同样品的光催化活性。结果表明,Bi_2O_3/001-BiOCl样品具有更好的光催化性能,其光催化降解效率是Bi_2O_3/010-BiOCl的5.5倍,Bi_2O_3/001-BiOCl优良的光催化活性与Bi_2O_3纳米颗粒对可见光的吸收及001-BiOCl在[001]方向的内部电场有关。

钧釉分相微结构与钧瓷呈色研究

利用扫描电子显微镜观察,分析了钧瓷中分相法呈色的物理光学原理以及烧制气氛对分相小液滴及呈色现象的影响。研究表明:分相釉的呈色机理符合Rayleigh散射及Mie散射规律,控制分相小液滴尺寸及分布状态是获得分相色釉的关键。即当分相小液滴尺寸小于100 nm时,釉层以Rayleigh散射为主,釉色呈蓝色;而分相小液滴尺寸大于入射光波长时,则以Mie散射为主,釉色呈乳白色;同时利用Rayleigh散射和Mie散射,通过合理控制分相小液滴尺寸及分布状态还可以获得红色钧釉。

Pt-ZnO/C复合材料的合成及对醇类催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法制备了ZnO微米颗粒,电沉积Pt合成了Pt-ZnO/C复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对产物的晶型和形貌进行了表征,并利用循环伏安法(CV)研究了所得复合材料对甲醇和乙醇的电催化活性。实验结果表明,该催化剂在ZnO的质量分数为50%时对甲醇和乙醇氧化的电催化活性最好。

生物模板法制备微纳米二氧化锡

以SnCl4.5H2O为起始原料,采用不同的生物模板(定量滤纸、鸡蛋内膜),通过浸渍和煅烧,在常压空气气氛中成功地制备出具有不同生物形态的微纳米SnO2。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征样品的相组成和微观结构。结果表明:两种模板所制得的产物纯度很高,且很好地复制了原模板的形貌。同时,研究了制备条件诸如煅烧温度和反应物浓度对产物结构、形貌和尺度的影响,并初步探讨了不同生物形态的微纳米SnO2形成的机理。

生物模板法制备微纳米三氧化二铁

以FeCl3为起始原料,采用不同的生物模板(定量滤纸、鸡蛋内膜),通过浸渍和煅烧,成功地制备出具有生物形态的微纳米Fe2O3,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征样品的相组成和微观结构。结果表明:两种模板所制得的产品都很好地复制了原模板的形貌。同时,研究了制备条件诸如煅烧温度和反应物浓度对产物结构、形貌和尺度的影响,并初步探讨了生物形态的微纳米Fe2O3形成的机理。

CeO_2/聚苯胺纳米复合材料的合成与表征

合成了具有核-壳结构的CeO2/聚苯胺纳米复合材料,并用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和热分析仪(TG)等对样品的成分、结构、粒度和稳定性进行了表征。结果表明:该纳米复合材料具有核-壳结构,其核平均粒径为17nm,且热稳定性高。

平面五元水分子簇的量子化学研究

选用Gaussian03的B3LYP/6-31G(d,p)、DMol3的BLYP/DNP和deMon的BLYP/TZVP等方法计算了甲烷水合物(结构-1)中平面五元水分子簇的结合能和氢键能,作了基组重叠误差(BSSE)和色散能(dispersion)的修正,估算了次级相互作用的贡献.在DMol3程序中使用了大型数值基组DNP,将基组重叠误差降至最低.在Gaussi-an03的B3LYP/6-31G(d,p)计算中,采用平衡法(Counterpoise)校正基组重叠误差.两种计算方法给出了一致的结果,证实了在使用6-31G(d,p)基组时,一对水分子在平衡距离的基组重叠误差高达8 kJ/mol.为估算色散能的贡献,使用了新近发展的包含色散能的密度泛函的DFT程序deMon计算了五元水分子簇.用多种方法计算出了经基组重叠误差和色散能修正的五元水分子簇的分子间结合能和氢键能的较为精确的势能超曲面,为甲烷和其他气体水合物的分子动力学模拟提供了依据.

CdSe薄膜的溶剂热制备及其光电化学性能研究

以CdCl2.2.5H2O为镉源,以Se粉为硒源,在苄胺体系中,180℃溶剂热条件下制备了CdSe纳米晶薄膜。并用XRD、SEM、TEM、UV-vis等对产物进行了一系列的表征,结果表明在该条件下可以得到粒径在10~20nm、较为均匀的CdSe纳米晶薄膜。同时在标准的三电极体系下,测试了CdSe纳米晶薄膜电极的光电化学性能。在光强32mW/cm2的模拟太阳光的照射下,该电极的开路电压（Voc）为0.395V,光电流密度（Isc）为0.951mA/cm2,填充因子（FF）为0.51,该电池的光电转化效率η为0.6%。

微波法制备三角锥形碘化亚铜微纳米晶体

在微波条件下,以乙醇为反应介质,用铜片和碘单质为原料制备碘化亚铜微纳米晶体,分别用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所得的碘化亚铜微纳米晶体的晶型和形貌进行了表征,并考察了浓度、反应时间和微波功率对产物形貌和粒径的影响,最终确定合成规则三角锥形CuI的最佳条件。

微纳米锡酸锌的仿生合成与表征

以Zn(Ac)2.2H2O,SnCl4.5H2O和NaOH为起始原料,以定量滤纸为模板,先用生物模板法制备出微纳米锡酸锌(Zn2SnO4),后用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了产物的相组成和微观结构,还研究了主要合成工艺条件对产物结构、形貌及粒度的影响。结果表明,微纳米锡酸锌纯度较高且能很好地复制生物模板(定量滤纸)的形貌;n(Zn2+)/n(Sn4+)为2时可获得立方晶型且无杂质的微纳米Zn2SnO4晶体;Zn2SnO4晶体的结晶度随煅烧温度的升高而提高,最佳煅烧温度为900℃。

N掺杂纳米TiO_2的快速合成及其光催化活性研究

以一种简单的方法快速合成了N掺杂的纳米TiO2粉末,通过X-射线衍射、紫外-可见漫反射等方法对样品进行了分析和表征。以亚甲基蓝溶液为目标污染物,研究了复合催化剂的光催化活性。结果表明,N元素的掺杂有效提高了纳米TiO2的光催化活性。

微纳米结构硫酸钡的仿生合成与表征

以天然棉花和棉布作为生物模板成功制备了具有棉花和棉布纤维形貌的微纳米BaSO4晶体。研究了反应物浓度、反应温度、超声时间等因素对所得产物形貌的影响,确定了最佳反应条件。并用SEM、IR、XRD对最佳反应条件所得产物进行了表征。

HAP/BiPO_4复合材料的制备与光催化性能研究

采用水热法合成羟基磷灰石(HAP)/BiPO_4复合光催化剂。XRD结果表明HAP/BiPO_4复合催化剂由结晶良好的单斜相独居石BiPO_4与HAP组成。光催化降解试验结果表明,HAP/BiPO_4复合材料中当HAP与纳米BiPO_4的质量比为1∶0.1时,在模拟太阳光下可实现提高亚甲基蓝光催化降解效率的最大化。同时,活性自由基捕获实验证明体系中起主导作用的自由基为羟基自由基。

卫星柔性热控薄膜材料充放电效应试验

针对柔性热控薄膜材料导电/绝缘多层复合、微纳尺寸厚度的结构特点,采用10~70 KeV电子辐照的方法开展了kapton基二次表面镜薄膜材料充放电特性的测试试验,获得了表面充电电位、静电放电频次等关键参数,并采用蒙特卡罗方法研究了辐照电子在多层薄膜材料内的输运规律。研究结果表明由于kapton基二次表面镜薄膜结构的特殊性,当辐照电子能量为10 KeV时未发生静电放电现象,随着电子能量不断增加,薄膜材料的表面充电电位幅值与静电放电频次呈先上升后下降的变化规律,且在电子能量为25 KeV时空间充放电效应最为显著。

纳米铜润滑油添加剂减摩抗磨及自修复性能

利用透射电子显微镜与电子衍射观察由二烷基二硫代磷酸原位修饰合成的铜纳米微粒的形貌和结构。在四球机上考察其作为基础润滑油添加剂的抗磨减摩性能,在环块机上考察其作为润滑油添加剂的自修复性能。结果表明,铜纳米添加剂具有良好的抗磨减摩和自修复性能。利用扫描电子显微镜观察滑块表面的磨痕形貌,利用电子天平对滑块自修复前后的质量进行称量比较,利用X射线光电子能谱仪对自修复膜表面的元素组成和化学价态进行分析,发现在300N的负荷下,纳米铜的添加量为4%时修复效果最好,试块经4h修复后滑块质量增加0.5mg,磨斑直径和摩擦因数呈现明显下降的趋势。摩擦过程中铜纳米微粒在摩擦表面形成沉积膜,这种沉积膜与表面修饰层形成的摩擦化学反应膜产生协同作用,从而表现出优良的抗磨自修复性能。