金属氧化物介孔及纳米复合材料的合成

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金属氧化物因其在工业上广阔的应用前景而被广泛研究,其中关于氧化铝和氧化钛的研究备受瞩目。氧化铝具有良好的机械强度、较高的热稳定性和化学稳定性、适宜的等电点、可调变的表面酸碱性等优点,在陶瓷、耐火材料、医药、吸附、催化等领域有着重要应用。二氧化钛是一种低价、低毒性的半导体材料,在光催化、染料敏化太阳能电池等方面具有广泛的应用。介孔材料具有大的比表面积和孔体积,均一且在纳米尺寸上连续可调的孔径,介孔金属氧化物在大分子吸附、分离、化学传感器、光电磁、化工催化等领域展现出了无可以拟的优越性和广阔的应用前景。本论文研究了有序介孔氧化铝、介孔氧化铝-氧化钛复合物,以及金纳米粒子/二氧化钛复合物的合成,具体研究内容如下:论文第二章利用“酸碱对”方法,以廉价的无机铝盐为“酸源”,铝醇盐为“碱源”,通过溶剂挥发诱导自组装合成得到有序介孔Al2O3。通过调节前驱体酸碱对的比例,采用不同的铝前驱体,不同的表面活性剂,成功得到了一系列具有较大孔径,较高比表面积,具有二维六方结构的高度有序介孔Al2O3,且在800℃煅烧晶化后介观结构仍能保持。通过调节铝源前驱体酸碱对的比例,改变酸源、碱源、表面活性剂,考察这些参数对样品有序性和结构参数的影响。不同酸碱对比例中,Al(NO3)3:AlPO=5:5的条件下得到的A1203有序性最好,比表面积最高,达到311m2/g。AIC13为酸源时,AlC13:AlPO=5:5条件下得到的Al2O3孔径最大,达到11.5nm。与之前的报道相比,在使用P123为表面活性剂的情况下,我们得到了高度有序且具有最大孔径的介孔氧化铝材料。论文第三章在第二章工作的基础上,利用“酸碱对”方法,以廉价的硝酸铝和钛酸正丁酯分别作为“酸源”和“碱源”,通过溶剂挥发诱导自组装合成介孔氧化铝-氧化钛复合物。通过调节前驱体酸碱对的比例,调变溶剂挥发的温度,得到系列不同钛铝比,具有蠕虫状介孔孔道结构,孔径分布均一的介孔复合氧化物,不同材料孔径约在6~11nm之间。与介孔纯TiO2材料相比,比表面积提高,不同条件下得到的复合材料最高比表面积达到244m2/g。通过高温煅烧考察了Al2O3-TiO2复合物的晶化过程,发现Al2O3-TiO2复合物降低了A1203的结晶温度(700℃),升高了TiO2的锐钛矿结晶温度(>400℃和由锐铁矿向金红石晶型转变的温度(900℃),提高了TiO2的热稳定性。论文第四章通过一步溶胶-凝胶过程,以光诱导的方法在二氧化钛凝胶单片中,合成了金纳米粒子。这是首次报道光诱导还原AuCl4离了为金纳米粒子的过程在氧化钛溶胶阶段而非凝胶化之后进行,实验证明该方法可以在最终形成的氧化钛凝胶中得到高分散、直径约8nm、尺寸均一的金纳米粒子,且表面等离子共振(SPR)吸收带会蓝移至578nm。
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