《功能氧化物材料微纳米结构的控制合成与性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功能氧化物材料微纳米结构的控制合成与性能研究（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国科学技术大学 博士学位论文 功能氧化物材料微/纳米结构的控制合成与性能研究 姓名：李江滢 申请学位级别：博士 专业：无机化学 指导教师：钱逸泰 20100401 摘覃 r - 、 本论文采用水热合成及前躯体合成制备了多种氧化物半导体微米纳米结 构，探讨了产物的形成机理，并对产物进行了初步的性能探索。在十六烷基三甲 基溴化铵的辅助下，通过形成前驱物C u 2 ( O H I I a B r 制备了具有正交交错层结构的 氧化铜纳米线阵列，探讨了这种三维结构的形成机理并研究了产物的气敏性质； 采用聚乙二醇作为形貌引导，在不同聚乙二醇分子量的体系中实现了氧化铜海胆 状核壳结构到海胆状实心结构的可控
2、合成，对该两种形貌的产物进行了电化学生 物传感性能的探索并分析了其性能差异的原因；采用微乳液法，在油包水的体系 中通过一个前躯体的方法，合成了由纳米片组成的具有三维结构的四氧化三钴。 本论文的主要内容归纳如下： 1 在0 1 M 的十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，通过醋酸铜的双水解，制备 了具有层状结构的碱式溴化铜前躯体，利用氢氧化铜和碱式溴化铜溶解性的差 异，通过加入氢氧化钠制备了具有正交交错层结构的氢氧化铜纳米棒，以这些具 有交错层结构的氢氧化铜再一次作为前躯体，在空气中2 0 0 进行热处理获得了 形貌保持的氧化铜微结构。该氧化铜微结构在组装成气敏传感器时对目标气体乙 醇和丙酮有着两倍于
3、氧化铜纳米颗粒( 直径约为1 0 0 纳米) 的传感效果，并且在 5 0 5 0 0 p p m 的乙醇浓度范围内具有线性响应，据此作出的工作曲线将有可能对乙 醇进行定量检测。取得的研究成果发表在C r y s t a lG r o w t h & D e s i g n 杂志上。 2 发展了聚乙二醇一步法制备氧化铜的反应体系，通过使用不同分子量的聚乙 二醇，控制合成了具有海胆状的氧化铜的核壳结构和实心结构。实验结果表明聚 乙二醇的分子量对形貌有着决定性的影响，当分子量为2 0 0 0 0 时，产物为海胆状 的核壳结构，而当分子量为4 0 0 时，产物为海胆状的实心结构，我们认为这种结 构的不
4、同主要是由于体系粘度的不同导致的反应速率不同和聚乙二醇链长的不 同导致空间位阻效应的不同造成的。在对该两种结构进行电化学生物传感性能的 探索中我们发现，核壳结构的氧化铜对所加入的浓度范围为1 0 p M N 5 5 5 m M 的 过氧化氢都有明显的响应，响应时间均小于5 s ，并且在该区间内具有线性响应， 故可将其作为此浓度范围内的工作曲线来探测过氧化氢的浓度。而实心结构的氧 化铜在1 0 M 到5 5 5 m M 范围内线性略差，低浓度范围的偏差也较大，这种性质 的差异主要来自于其结构的不同，核壳结构由于内部空问松散有利于电子的传 导，而实心结构则电子传导能力较差。该研究工作发表在J o
5、u m a lo fP h y s i c a l C h e m i c a lC 杂志上。 3 采用微乳液作为微反应器，在水包油的体系中，使用煤油作为油相，司盘作 为表面活性剂，三乙胺作为助表面活性剂，氯化钴溶解在蒸馏水中作为水相，常 温条件下合成了由直立的光滑纳米片交错堆积的钴的淡绿色前躯体，将这些前躯 体在石英管中4 0 0 摄氏度条件下进行热处理获得了形貌基本维持，但片层转化为 具有介孔结构的纳米颗粒。相关的比表面积和孔径分布测试表明，该结构的比表 面积为5 8 m 2 g ，孔隙直径分布较窄，集中在7 8 纳米，呈现介孔结构。 关键词：氧化铜四氧化三钴水热法前躯体法分级结构核壳结构
6、三维结构 气敏传感性电化学生物传感性 A b s t r a c t I n t h i sd i s s e r t a t i o n ，h y d r o t h e r m a la n dp r e c u r s o rr o u t ei nt h ep r e s e n c eo fv a r i o u s k i n d so fs u f f a c t a n t sw e r ed e v e l o p e dt os y n t h e s i z ev a r i o u sf u n c t i o n a lm e t a lo x i d e s W i
7、 t ht h ea s s i s t a n c eo f0 IMh e x a d e c y lt r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e ( C T A B ) p e r p e n d i c u l a r l y c r o s s b e d d e dC u Om i c r o s t r u c t u r eh a db e e n p r e p a r e d v i aa p r e c u r s o r - b a s e dr o u t e T h ef o r m a t i o nm e c h a
8、n i s mo ft h i st h r e e - d i m e n s i o n a ls t r u c t u r e w a sp r o p o s e da n dt h eg a s s e n s i n gp r o p e r t i e so ft h ep r o d u c tw e r er e s e a r c h e d U s i n g P E Gw i t hd i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h ta st h es h a p eg u i d e ，u r c h i n - l i k e
9、c o p p e ro x i d e s w i t hc o r e - s h e l la n ds o l i ds t r u c t u r ew e r eg a i n e db yc o n t r o ls y n t h e s i s T h et w o p r o d u c t s w i t hd i f f e r e n tm o r p h o l o g i e sw e r ee x p l o r e da st h ee l e c t r o c h e m i c a lb i o s e n s o r sa n dt h e d i f
10、 f e r e n c eo ft h ep e r f o r m a n c ew a sa n a l y z e d U s i n gm i c r o - e m u l s i o nm e t h o d ，c o b a l t o x i d ew i t ht h r e e - d i m e n s i o n a ls t r u c t u r ea s s e m b l e db yn a n o f i l m sw a s s y n t h e s i z e di nt h e w a t e r - i n o i ls y s t e m T h
11、 ed e t a i l sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 C u 2 ( O H ) 3 B r , a st h ep r e c u r s o rw i t hab e d d e ds t r u c t u r ew a sp r e p a r e db yt h e b i h y d r o l y z a t i o no fC u ( C H s C O O ) 2i n0 1Mh e x a d e c y lt r i m e t h y la m m o n i u mb r o m i d e ( C T
12、 A B ) s o l u t i o n T a k i n gt h ea d v a n t a g eo ft h ed i f f e r e n c eo fs o l u b i l i t yb e t w e e n C u ( O H ) 2a n dC u 2 ( O H ) 3 B r , s o d i u mh y d r o x i d ew a si n t r o d u c e dt og e tt h eC u ( O H ) 2 n a n o r o d sw i t h p e r p e n d i c u l a r l yc r o s s
13、b e d d e ds t r u c t u r e F u r t h e r m o r e ，u s i n gt h e C u ( O H ) 2n a n o r o d sw i t hp e r p e n d i c u l a r l yc r o s s b e d d e ds t r u c t u r ea sp r e c u r s o r , C u O w i t ha l m o s tt h es a m es t r u c t u r ew a sg a i n e db yt h et h e r m a lt r e a t m e n ta
14、 t2 0 0 ( 2 T h eg a s s e n s o rp r o p e r t yi n v e s t i g a t i o ns h o w e dt h a tt h es e n s i t i v i t i e st oe t h a n o la n da c e t o n eo f t h ea s p r e p a r e dC u Ow e r et w ot i m e sh i g h e rt h a nt h o s eo fC u O p a r t i c l e s ( a b o u t10 0 n mi ns i z e ) i nt
15、 h eg a sc o n c e n t r a t i o nf r o m5 0p p mt o5 0 0 p p m I np a r t i c u l a r , t h el i n e a r r e s p o n s et ot h ee t h a n o lc o u l db eu s e da sa no p e r a t i n gc u r v et od e t e c tt h ee t h a n o l c o n c e n t r a t i o ni nt h i sr a n g e T h ea b o v er e s u l t so
16、fr e s e a r c hh a v eb e e np u b l i s h e di nt h e C r y s t a lG r o w t h D e s i g n 2 Ao n e - s t e pP E G a s s i s t e dm e t h o d o l o g yw a sd e v e l o p e dt os y n t h e s i z eu r c h i n l i k e c o p p e ro x i d ew i t hc o r e - s h e l la n ds o l i ds t r u c t u r ec o n t r o l l e db yt h em o l e c u l a rw e i g h to f P E G T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h em o l e c u l a rw e
