王興紅畢業(yè)論文PPT

1、2004級碩士論文開題報告級碩士論文開題報告 王興紅王興紅 導師：倪永紅教授導師：倪永紅教授 金屬氧化物的燃燒溶液法制備、金屬氧化物的燃燒溶液法制備、表征和性能研究表征和性能研究論文組成1.選題意義及工作設想選題意義及工作設想2.論文內容論文內容(1) -Fe2O3納米粒子的燃燒溶液法制備、表征納米粒子的燃燒溶液法制備、表征及其性能研究；及其性能研究；(2) NiTiO3微管的制備、表征及其性能研究；微管的制備、表征及其性能研究； (3)其它二元、三元金屬氧化物納米晶的燃燒其它二元、三元金屬氧化物納米晶的燃燒溶液法合成；溶液法合成； 3.附錄、致謝附錄、致謝第一章：納米材料性質、合成方法及研究

2、進展一一 、納米材料的概念及分類、納米材料的概念及分類概念概念：納米材料一般是指是指其結構單元的尺寸在納米材料一般是指是指其結構單元的尺寸在100nm100nm以下，以下， 是一種介于原子、分子與宏觀物體之間的材料；是一種介于原子、分子與宏觀物體之間的材料； 零維納米材料零維納米材料 ：原子團簇、納米尺度的顆粒 一維納米材料一維納米材料 ：納米棒、納米線(絲)和納米管 二維納米材料二維納米材料 ：納米薄膜及超晶格 分類二、納米材料的基本性質1.小尺寸效應 2.表面效應 3.量子尺寸效應 4.宏觀量子隧道效應 5.介電限域效應 三、納米材料的特殊性質 納米材料的比表面積、表面原子數(shù)、表面能和表面

3、張力等由于粒徑的下降而急劇增加，因此具有許多奇特的光學、光化學、電學及磁學等性能 。 1.光催化性質 2.磁學性質 3.力學性質 4.光學性質 5.電學性質 6.熱學性質 四、納米材料的制備方法 1.液相法 a.沉淀法 b.溶膠-凝膠法 c.水熱、溶劑熱法 d.微乳液法 2.氣相法 氣相法是直接利用氣體、或通過各種手段將物質變成氣體，使之在氣態(tài)下發(fā)生物理變化或化學變化，最后在冷凝過程中凝聚長大形成納米粒子的方法。氣相法中最主要的是化學氣相沉積法。 a.高壓氣相沉淀法 b.等離子體化學氣相沉淀法 c.金屬有機化合物化學氣相沉淀法 d.高溫化學氣相沉淀法 3.固相法 固相法是一種傳統(tǒng)的制粉工藝，是

4、通過從固相到固相的變化來制造粉體。固相反應一般包括物質在相界面上的反應和物質遷移兩個過程，整個固相反應速度由最慢的速度所控制，一般需要在高溫下進行。 a.機械粉碎法 b.固相反應法 五、納米材料的用途1.在醫(yī)學和生物工程上的應用 2.在精細化工方面的應用 3.在磁性材料方面的應用 4.在催化領域的應用 5.在光電領域的應用 6.在其他方面的應用 六、本論文的設想與目的 納米材料的制備、性能研究及應用是21世紀的前沿科技。以日本、美國和西歐為代表的世界發(fā)達國家都對納米技術高度關注，投入巨資進行科技攻關。我國政府也將對納米材料的研究列入“863”計劃等攻關規(guī)劃中。目前，廣大科技工作者已經(jīng)摸索出了許

5、多制備納米材料的方法，但這些方法往往需要復雜的設備和相當精細的實驗操作，而且通常產(chǎn)率很低，不利于納米材料的工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模的廣泛應用。本論文擬通過一種非常簡單的燃燒溶液的化學方法，大規(guī)模、高產(chǎn)率、低成本地制備二元及三元金屬氧化物的納米材料。 第二章：第二章：-Fe2O3納米粒子的燃燒溶納米粒子的燃燒溶液法制備、表征及其性能研究液法制備、表征及其性能研究一、實驗方案 1.FeCl36H2O(0.02 mol)溶解于100 mL乙醇和乙二醇的混合溶劑中(體積比60/40) 溶液轉入酒精燈中，以脫脂棉為燈芯 點燃燈芯 紅色固體 除雜、洗滌、干燥。（燃燒溶液法） 2.0.543 gFeCl36H2O

6、溶解于25 mLDMF中 溶液轉移至30ml的高壓反應釜 180 ，3h 自然冷卻至室溫 紅色的沉淀物 離心過濾 除雜、洗滌、干燥。（溶劑熱法）二、表征與結果討論圖1 用不同的方法制備產(chǎn)物的XRD圖譜：(a) 燃燒溶液法 (b) 傳統(tǒng)的溶劑熱法。20304050607080ba2201010208300214018116024113110104012Relative Intensity2 /degrees圖2 由燃燒溶液法制備的產(chǎn)物的能量散射光譜(EDS)分析。246810COFeFeFeCounts(a.u.)Binding Energy (Kev)圖3 (a) 一張具有代表性的SEM 照片

7、；(b) 產(chǎn)物的TEM照片；(c) 在水溶液中-Fe2O3 納米粒子的分散和分離；(d) 一張典型的由傳統(tǒng)的溶劑熱法制備的-Fe2O3 納米粒子的SEM照片。圖4 合成的-Fe2O3 納米粒子的室溫下的磁滯回線。 -20000-15000-10000-500005000100001500020000-12-10-8-6-4-2024681012 Magnetization(emu/g)Field(Oe)圖5 在一個無氧的濃度為0.1 M的KNO3溶液中，掃描速率在一定的范圍內(a-j: 10 mV/s100mV/s)，HeNPs-Chi/GCE的循環(huán)伏安圖。插圖：循環(huán)伏安法譜圖： (1)裸的G

8、CE 和 (2) Chi/GCE ，在一個無氧的濃度為0.1 M的 KNO3溶液，以50 mV/s的掃描速率。0.60.30.0-0.3-0.6-0.9-6-3036912150.60.30.0-0.3-0.6-0.9-40481221I / AE / V vs. Ag/AgCljaI / AE / V vs. Ag / AgCl圖6 在不同濃度的H2O2存在下，HeNPs-Chi/GCE的循環(huán)伏安圖：(a) 0.0, (b) 0.2, (c) 0.4 和 (d) 0.8 mM。插圖：在0.8 mM H2O2存在的條件下，不同工作電極的循環(huán)伏安圖: (e) Chi/GCE 和(f) HeNPs

9、-Chi/GCE. 掃描速率: 50 mV/s。 0.60.30.0-0.3-0.6-0.9-8-40481216200.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-8-4048121620feI / AE / V vs. Ag/AgCldaI / AE / V vs. Ag / AgCl圖7 在0.37V時連續(xù)添加5M H2O2進入溫和攪拌的0.1M KNO3的HeNPs-Chi/GCE的電流響應。0100200300400500600234567I / AT / s圖8 在無或有-Fe2O3納米粒子存在下，體系被254nm的紫外光輻照不同時間后，兩種染料的熒光光譜：(a)番紅花T

10、和(b)熒光素。5005506006507007508000102030405060(a)with HeNPs irradiation for 90 minwith HeNPs irradiation for 60 minwith HeNPs irradiation for 30 minwith HeNPs irradiation for 15 minwithout HeNPs irradiation for 90 minwith HeNPs in dark for 30 minBefore irradiationIntensityWavelength/nm400450500550600650

11、70001000200030004000(b)with HeNPs,irradiation for 90 minwith HeNPs,irradiation for 60 minwith HeNPs,irradiation for 30 minwith HeNPs irradiation for 15 minwithout HeNPs, irradiation for 90 minwith HeNPs in dark for 30 minBefore irradiationIntensityWavelength/nm圖9 在兩種不同樣品存在的情況下的吸收-時間曲線：(a) 番紅花T和(b) 熒

12、光素。02040608010030405060708090100(a)With HeNPs prepared by the solution-combustion routeWith -Fe2O3 prepared by the solvothermal routeWithout any catalystAbsorbance /%Time /min020406080100102030405060708090100With HeNPs prepared by the solution-combustion routeWith -Fe2O3 prepared by the solvothermal

13、 routeWithout any catalyst(b)Absorbance /%Time /min三、生成-Fe2O3納米粒子一些相關的反應： C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O + Q (1)C2H6O2 + 2.5O2 2CO2 + 3H2O + Q (2)4Fe3+ + 12Cl- + 3O2 + Q 2Fe2O3 + 6Cl2 (3)四、本章小結1.通過一種簡單的燃燒溶液的方法，在沒有高溫焙燒的條件下成功地合成了-Fe2O3納米粒子。2.所制備的產(chǎn)物在室溫下具有亞鐵磁性。3.在波長為254nm紫外光的輻照下，能催化降解番紅花T和熒光素等有機染料 。4.在濃度為0.1

14、M的無氧KNO3溶液中，-Fe2O3納米粒子(HeNPs)表現(xiàn)出了良好的電化學響應，且能促進H2O2的還原。這種性能可被用于檢測H2O2的傳感器(檢測限度為 1.5 M)。 第三章：第三章： NiTiO3微管的制備、表征微管的制備、表征及其性能研究及其性能研究 一、實驗方案 0.01 mol NiAc24H2O溶解在100mL乙醇和乙二醇以60/40的體積比混合配制而成的混合溶劑中 加入0.01 molTi(OC4H9)4于混合體系中 溶液轉入酒精燈中，以脫脂棉為燈芯 點燃燈芯 黃色固體 除雜、洗滌、干燥。 圖1. 所制產(chǎn)物的 (a) X射線衍射花樣，(b)能量散射光譜。10203040506

15、0708002040608010020822010 10300124018a202116024113110104012Intensity /a.u.2 /degrees1.443.445.447.449.44Cb OCuNiNiTiTiNiCounts (a.u.)Binding Energy (Kev)二、表征與結果討論圖2. 所制得NiTiO3微管的(a)低倍掃描照片，(b)高倍掃描照片和(c)典型的透射照片。圖3.由納米粒子組成的NiTiO3微管的(a)紫外-可見吸收光譜，(b) N2吸附/解吸等溫線和相應孔徑分布(插圖)。200300400500600700800a.258.6350.

16、9AbsorbanceWavelength/nm0.00.20.40.60.81.00102030405060b0204060801001200.00000.00050.00100.00150.00200.0025Pore Diameter (nm)Pore Volume (cm3/gnm) Adsorption DesorptionRelative Pressure (P/Po)Quantity Adsorbed (cm3/g STP)圖4. 在有和無NiTiO3微管存在下，不同染料被254nm的紫外光輻照不同的時間后的紫外-可見吸收光譜： (a) 吡咯紅, (b) 番紅花T, 和(c) 熒

17、光素。300400500600700800aBefore irradiationWithout NiTiO3, irradiation for 60 minWith NiTiO3, irradiation for 30 minWith NiTiO3, irradiation for 60 minWith NiTiO3, irradiation for 90 minAbsorbance (a.u.)Wavelength/nm200300400500600700800bBefore irradiationWithout NiTiO3 irradiation for 60 minWith NiTiO

18、3 irradiation for 30 minWith NiTiO3 irradiation for 60 minWith NiTiO3 irradiation for 90 minAbsorbance (a.u.)Wavelength/nm300400500600700800cBefore irradiationWithout NiTiO3 irradiation for 60 minWith NiTiO3 irradiation for 30 minWith NiTiO3 irradiation for 60 minWith NiTiO3 irradiation for 90 minAb

19、sorbance (a.u.)Wavelength/nm三、生成NiTiO3相關的反應C2H5OH (C2H6O2) + 3O2 (2.5O2) 2CO2 + 3H2O (1)Ni2+ + 2CH3COO- + 4O2 NiO + 4CO2 + 3H2O (2)Ti(OC4H9)4 + 24O2 TiO2 + 16CO2 + 18H2O (3)NiO + TiO2 NiTiO3 (4)四、本章小結1.通過燃燒溶液法，在不需要任何焙燒裝置的溫和條件下，成功制備了由大量納米粒子組成的多孔NiTiO3微管。 2.所制備的多孔NiTiO3微管具有好的紫外-可見吸收性能。3.所制備的多孔NiTiO3微管

20、具有強的光催化降解吡咯紅、番紅花T和熒光素等有機染料的性能 。4.表明用目前的方法制備的多孔NiTiO3微管在廢水處理和環(huán)境保護方面有潛在的應用。 第四章：第四章： 其它二元、三元金屬氧化其它二元、三元金屬氧化物納米晶的燃燒溶液法合成物納米晶的燃燒溶液法合成 一、實驗方案 一定量的鹽分別被溶解在100 ml由乙醇和乙二醇以60/40的體積比配制而成的溶劑中 溶液轉移至酒精燈 點燃酒精燈 收集產(chǎn)物 除雜、洗滌、干燥。圖1 所制備的二元金屬氧化物的X射線衍射花樣(從上到下)： Mn3O4 (JCPDS No. 80-0382), ZrO2 (JCPDS No. 80-0965), TiO2 (JC

21、PDS No. 21-1276) 和 SnO2 (JCPDS No. 41-1445)。二、表征與結果討論20304050607080222400321202301112310002220211111200101110321112301310002220211210111200101110213103112110002101413400224321105220004211103200112101SnO2TiO2ZrO2Mn3O4Ralative Intensity2 /degrees圖2 所制備的二元金屬氧化物納米結構的掃描照片：(a) Mn3O4, (b) SnO2, (c) TiO2, (

22、d) ZrO2 and (e) SiO2。圖3 所制備的金屬鈦酸鹽納米結構的X射線衍射花樣(從上到下)：PbTiO3 (JCPDS No. 72-1135), SrTiO3 (JCPDS No. 86-0179) 和 CaTiO3 (JCPDS No. 86-1393)。20406080SrTiO3CaTiO3PbTiO3310220211200111110202103110332224312204004220112302222311113300212220202211112201102200002111110101100001Relative Intensity2 /degrees圖4 所制

23、備金屬鋁酸鹽納米結構的X射線衍射花樣(從上到下)：ZnAl2O4 (JCPDS No.82-1043), MgAl2O4 (JCPDS No. 77-1203) and CoAl2O4 (JCPDS No. 82-2252)。20304050607080440511422400311220111440511422400311220MgAl2O4CoAl2O4ZnAl2O4533620440511422331400311220Relative Intensity2/degrees圖5 所制備的金屬鈦酸鹽的納米結構的掃描照片:(a) PbTiO3, (b) CaTiO3和(c) SrTiO3。圖6

24、 所制備的金屬鋁酸鹽納米結構的掃描照片：(a) ZnAl2O4, (b) MgAl2O4和(c) CoAl2O4.三、在合成二元、三元氧化物過程中的相關主要反應 C2H5OH (C2H6O2) +3O2 (2.5O2) 2CO2 + 3H2O （1）2Mn+ + 2nCH3COO- + 4nO2 M2On + 4nCO2 + 3nH2O （2）An+ + Bm+ + CH3COO- + O2 ABO3 / AB2O4 + CO2 + H2O （3）四、本章小結1.通過一種簡單易行的燃燒溶液法，采用乙醇和乙二醇的混合溶液作為反應體系，以溶解在醇里的金屬鹽作為前軀體，成功地合成了一系列的二元和三元

25、金屬氧化物納米晶。 2.這種方法是一種易于進行的、價格低廉、安全快捷、綠色的合成二元和三元復合金屬金屬氧化物的普適方法。3.這種方法提供了一種在溫和條件下合成金屬氧化物和摻雜的金屬氧化物納米粒子的新途徑，從而為大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能性。4.所制備產(chǎn)物的形貌和粒徑尺寸在目前條件下尚不能控制。 研究生期間發(fā)表的論文及申請的發(fā)研究生期間發(fā)表的論文及申請的發(fā)明專利明專利 序序號號名稱名稱刊物名稱，期號刊物名稱，期號本人本人排序排序備備注注1Fast Preparation, Characterization, and Property Study of -Fe2O3 Nanoparticles

26、via a Simple Solution-Combusting Method. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 70037008.1導導師師第第二二2Nickel titanate microtubes constructed by nearly spherical nanoparticles:Preparation, characterization and properties. Materials Research Bulletin, 2009, xxx ,xxxxxx.2導導師師第第一一3一種三元復合金屬氧化物的制備方法一種三元復合金屬氧化物的制備方法 專利申請?zhí)枺簩＠暾執(zhí)枺?00810024830.2,200810024830.2,中中國發(fā)明專利國發(fā)明專利. . 2導導師師第第一一4Ni12P5納米球的水熱制備、表征及光納米球的水熱制備、表征及光催化性能研究催化性能研究 中國化學會第二十中國化學會第二十六屆學術年會論文六屆學術年會論文摘要集，天津，摘