摘要: 本论文包括氧化铟纳米结构和氧化铈纳米结构合成表征两部分。 本文主要探讨了利用液相化学法对氧化铟和氧化铈纳米结构的控制合成，制备了一系列包括纳米棒，纳米球，纳米盒子和纳米纺锤体在内的纳米结构，并且从材料制备，结构表征，形成机理和性... 展开 本论文包括氧化铟纳米结构和氧化铈纳米结构合成表征两部分。 本文主要探讨了利用液相化学法对氧化铟和氧化铈纳米结构的控制合成，制备了一系列包括纳米棒，纳米球，纳米盒子和纳米纺锤体在内的纳米结构，并且从材料制备，结构表征，形成机理和性能检测及应用研究等几个方面进行讨论。内容涉及立方方铁锰矿结构(cubic bixbyite-type structure)的In2O3和亚稳相刚玉结构(corundum-type structure) In2O3的物相可控合成、形成机理、室温光致发光性质;简单条件下新颖纳米氧化铟纳米棒的合成和形成机理;一缩二乙二醇和水混合溶剂中锌离子掺杂的氧化铟纳米盒子和纳米纺锤体结构的合成、形成机理、物相和形貌转化以及对甲醛气体的气敏性能;CeO2-CuO复合材料纳米球的两步法合成，形成机理以及对CO的催化性能研究。全文旨在通过对纳米结构的控制合成和性质表征的研究，探索纳米材料合成的内在调控机制，寻找构建纳米材料的有效方法以及纳米材料的尺寸、形貌等其对性能应用的影响。 1.简单溶剂热条件下新颖氧化铟纳米棒的制备。 将硝酸铟作为铟源，水和乙醇作混合溶剂，以丙烯酰胺作为添加剂在180℃条件下反应8h就可得到分散性好，形貌、尺寸均一的氢氧化铟纳米棒，经过进一步煅烧可以得到立方相氧化铟纳米棒。透射电子显微镜(TEM))观察表明所得纳米棒长约200 nm，宽约70 nm，纳米棒表面粗糙，没有发现小的颗粒。值得一提的是，所有的纳米棒都是由更细的纳米线平行排列粘连组成，纳米线长约200 nm，直径约10 nm。通过对不同反应时间得到样品的透射电镜图像跟踪观察，我们认为氧化铟纳米棒的形成是一个纳米晶定向聚集的过程，而不是先生成细的纳米线然后再聚集的过程。调节体系中溶剂比例的实验证明，溶剂的极性对产物的形貌和尺寸有重要影响。 2.物相可控合成氧化铟多孔纳米球和荧光性能研究。 氯化铟溶在水中后，将柠檬酸或酒石酸在搅拌条件下加入上述溶液，再加入乙二胺，180℃下反应7h得到分散性好，尺寸均一的氧化铟纳米球。XRD测试数据表明加入柠檬酸的纳米球为立方相的氧化铟而加入酒石酸的纳米球为六方相氧化铟，通过调节有机酸的种类和数量就可以改变产物物相，实现物相可控合成。我们用XRD和红外吸收图谱来研究产物物相转变的原因，表征结果证明物相的转变是由于有机酸和乙二胺在纳米颗粒表面的螯合能力竞争造成的。加入柠檬酸的体系中，一直是乙二胺吸附在产物的表面，进而生成氢氧化铟。但是加入酒石酸的体系就有不同的情况出现，随着体系中酒石酸的不断加入，吸附在产物表面的有机物发生了变化，由乙二胺吸附在产物表面逐渐转变成酒石酸吸附在产物表面。酒石酸同In3+发生螯合生成螯合物，螯合物进一步水解得到氢氧化氧铟。通过改变反应时间提出产物的生长机理为颗粒的定向聚集和奥氏熟化过程。室温光致发光光谱在分别为465 nm（蓝光），550 nm（绿光），和680 nm（红光）的可见光处出现发射峰，在紫外区没有发射峰出现，这些发射峰归因于氧化铟晶体中存在的氧空位。不同类型的氧空位在带隙中诱导产生新的不同的能级，导致新的光致发光峰的出现。 3.Zn2+掺杂的氧化铟纳米盒子和纳米纺锤体的构筑及其气敏性能研究。 在本章中引入硝酸铟为铟源，同时加入硝酸锌，n(In/Zn)=10∶1，用一缩二乙二醇和水作为混合溶剂，加入尿素作为碱源，水热条件下180℃保持24 h。当水的加入量为1 ml时一缩二乙二醇为19 ml，所得前驱体为氢氧化铟的纳米盒子，当加入水量为5 ml时一缩二乙二醇为15 ml，产物为氢氧化铟纳米纺锤体，可以看出水的加入量对产物的形貌有很大影响。保持其他条件不变改变水的加入量，随着水量的增加，产物形貌和物相经历了纳米盒子（氢氧化铟）一纳米碎片（氢氧化氧铟）一纳米纺锤体（氢氧化铟）的转化过程。根据这一物相的转化过程我们提出了产物物相形成的可能机理:水的加入量较小时，一缩二乙二醇对物相的形成起着决定作用，同In3+螯合生成中间体，经过两次水解得到In(OH)3，而随着水量的增加，水对物相的形成所起的作用越来越明显，先后经过In3++2H2O→InOOH+3H+生成InOOH和In3++3H2O→In(OH)3+3H+生成In(OH)3。改变反应时间得到产物的生长机理为沉淀—溶解—再结晶和奥氏熟化过程。XRD，XPS和拉曼光谱的结果表明Zn2+已经掺入氧化铟晶格中，所得产物和纯相氧化铟相比对甲醛气体的气敏性能有很大提高，这是同Zn2+掺入后产物中氧空位增多有关。 4.Cu-doped CeO2-CuOx复合纳米材料的合成及其对CO催化性能的提高。 在水热条件下首先合成了Cu-doped的氧化铈纳米球，离心得到产物后分散在Cu(NO3)3溶液中，后经过煅烧得到Cu-doped CeO2-CuO纳米球，XRD衍射图谱中呈现CeO2和CuO两个物相的衍射峰。复合后产物的形貌没有发生变化，高倍透射电镜中有CuO的晶格条纹出现但没有其他形貌生成，这说明CuO包覆在CeO2的表面。XPS测试证明产物中Ce元素有Ce3+和Ce4+两种价态出现，在催化过程中，由于Ce4+/Ce3+的存在使Cu2+更有利于得到电子形成Cu+，而Cu+可以同吸附在产物表面的CO形成Cu+羰基化合物，从而使CO化学吸附在产物表面。吸附的CO被转化到CeO2-CuO的界面上，同CeO2中的活性氧发生反应生成CO2从而完成整个催化过程，在此过程中，CeO2和CuO相互促进起到了协同作用。通过改变CuO的复合量以及煅烧的温度和煅烧时间等条件得到具有最优催化性能的产物，复合之后产物的催化性能同复合之前相比有很大提高，在140℃时就可以使CO完全转化。 收起