论文摘要
制备新型纳米及亚微米级材料是当今材料领域研究的热点之一。本文以具有高化学稳定性、高催化活性的烧绿石型稀土锆酸盐（Ln2Zr2O7）为研究对象，通过寻求绿色的合成手段，在相对温和的环境中获得尺寸小、分散性好的纳米材料。本文将软化学法运用到其制备过程中，制备出了系列Ln2Zr2O7为基础的纳米复合材料，研究了其结构、形貌以及催化性能等，主要内容如下：采用了两种软化学法（硬脂酸法和盐助甘氨酸燃烧法）以及盐助固相法，均在较低的温度下合成了系列Ln2Zr2O7（Ln=La，Nd，Sm，Eu，Dy，Er），系统研究了Ln对Ln2Zr2O7晶体结构的影响。对不同方法制备Ln2Zr2O7的反应历程进行了探讨，并对其影响因素进行了详细的研究。结果表明盐助甘氨酸法所制得产物的分散性最好，粒子分布均匀，平均粒径在20 nm左右。对硬脂酸法所制备的Ln2Zr2O7系列产物的光催化活性进行了研究，结果发现，合成的产物均有好的光催化活性，Ln对Ln2Zr2O7系列的催化活性有较大的影响，其光催化活性的顺序为Dy2Zr2O7>Nd2Zr2O7>Er2Zr2O7>Sm2Zr2O7>La2Zr2O7。而且，在这个体系中随着原子序数的增加，Ln2Zr2O7（Ln=La，Nd，Sm，Dy，Er）纳米晶的光催化活性变化趋势与稀土金属阳离子Ln3+磁矩的变化趋势一致。说明Ln3+的磁矩与Ln2Zr2O7纳米晶的光催化活性有较好的相关性。通过对三种方法所制备材料的光催化性质进行研究，发现盐助固相法所得产物的催化活性最强，可能是由于相对于其他两种方法，本方法所制备产物的结晶性最差，粒子表面无序性强，因而催化活性最强。系统研究了Ln位部分取代的LnxLn’2-xZr2O7系列化合物的制备及光催化性能，采用软化学法--硬脂酸法及盐助甘氨酸燃烧法，制备了系列LnxLn’2-xZr2O7（Ln=La，Nd，Sm，Eu，Dy，Er）纳米晶。结果表明，Ln位置可以被其他镧系元素取代，而不改变其晶型。Ln’实际上代替了Ln掺杂进入其晶格中，产物为单一晶相的固溶体。不同的制备方法对所制得产物的结晶性、分散性等均有较大的影响，因而产物的性质也有所不同。通过盐助甘氨酸法制备了高分散的，粒度分布均匀，粒子尺寸约15～30 nm的LnxLn’2-xZr2O7系列化合物。并对产物的荧光性质及光催化性能进行了系统研究。采用盐助甘氨酸法合成了Zr位部分取代的烧绿石型Ln2SnxZr2-xO7（Ln=La，Nd，Sm，Eu，Dy，Er）系列化合物。XRD结果表明，Zr位可以被其他四价元素置换，Sn部分取代Zr掺杂进入晶格中，合成产物为单一晶相的烧绿石型化合物。并通过红外和拉曼研究了其精细结构的变化。电镜结果表明此法合成的Ln2SnxZr2-xO7纳米晶为高分散的立方结构的晶体，晶体形貌规整，尺寸在2050nm。并对不同煅烧温度、不同掺杂量的产物的荧光活性进行了研究。采用溶胶-凝胶法，通过将TiO2、ZrO2、SnO2等活性氧化物对Ln2Zr2O7进行改性，制备了系列以Ln2Zr2O7为基的复合材料。并对其光催化性能进行了研究。结果表明，复合后材料的光催化性能得到了显著提高。采用液相共沉淀法制备了La2Zr2O7与过渡金属氧化物如Co3O4、NiO、CuO复合材料。研究了其在火炸药领域的应用，结果发现，复合后的产物不同程度的使高氯酸铵（AP）的高温分解温度降低，表观分解热增加，尤其Co3O4/La2Zr2O7的催化效果最好。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 烧绿石型化合物1.1.1 烧绿石型化合物的结构1.1.2 烧绿石型化合物的制备方法1.1.2.1 硬化学法（高温固相反应法）1.1.2.2 软化学法1.2.3 烧绿石型化合物的性能1.2 稀土元素化合物1.2.1 稀土元素的性质1.2.1.1 物理性质1.2.1.2 化学性质1.2.1.3 材料学性能1.2.2 稀土材料的应用1.3 稀土锆酸盐的研究背景及现状1.4 本论文的研究思路1.5 本论文的主要内容及创新点1.5.1 论文的主要内容1.5.2 论文的主要创新点2Zr2O7（Ln=Y,La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）纳米晶的制备、表征及催化性能研究'>2 系列Ln2Zr2O7（Ln=Y,La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）纳米晶的制备、表征及催化性能研究2.1 引言2.2 仪器与试剂2.2.1 实验试剂2.2.2 测试条件2.2.3 光催化反应测试2Zr2O7（Ln=Y,La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）及反应历程研究'>2.3 硬脂酸法制备系列Ln2Zr2O7（Ln=Y,La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）及反应历程研究2.3.1 实验部分2.3.2 制备过程分析2.3.2.1 制备过程的TG-DTA分析2.3.2.2 制备过程的FT-IR表征2.3.2.3 制备过程的XRD分析2.3.3 结果与讨论2Zr2O7纳米晶的XRD分析'>2.3.3.1 Ln2Zr2O7纳米晶的XRD分析2Zr2O7纳米晶的FT-IR和Raman分析'>2.3.3.2 Ln2Zr2O7纳米晶的FT-IR和Raman分析2Zr2O7纳米晶的紫外分析'>2.3.3.3 Ln2Zr2O7纳米晶的紫外分析2Zr2O7纳米晶的形貌分析'>2.3.3.4 Ln2Zr2O7纳米晶的形貌分析2Zr2O7纳米晶的结构与表征'>2.3.4 Y2Zr2O7纳米晶的结构与表征2Zr2O7前驱体的TG-DTA分析'>2.3.4.1 Y2Zr2O7前驱体的TG-DTA分析2Zr2O7的XRD分析'>2.3.4.2 Y2Zr2O7的XRD分析2Zr2O7的IR分析'>2.3.4.3 Y2Zr2O7的IR分析2Zr2O7的形貌分析'>2.3.4.4 Y2Zr2O7的形貌分析2Zr2O7的EDS及BET分析'>2.3.4.5 Y2Zr2O7的EDS及BET分析2Zr2O7（Ln=La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）纳米晶'>2.4 盐助甘氨酸法合成系列Ln2Zr2O7（Ln=La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）纳米晶2.4.1 实验部分2Zr2O7的工艺优化'>2.4.2 盐助甘氨酸法制备Ln2Zr2O7的工艺优化[155]'>2.4.2.1 盐助溶液燃烧合成的热量关系[155]2.4.2.2 甘氨酸量的影响2.4.2.3 盐用量的影响2.4.2.4 煅烧温度的影响2.4.2.5 添加盐对反应产物分散性的影响2.4.2.6 不同惰性盐的影响2.4.3 反应过程产物的TEM分析2Zr2O7纳米粒子形成的可能机理'>2.4.4 盐助甘氨酸法Ln2Zr2O7纳米粒子形成的可能机理2Zr2O7（Ln=La,Sm,Eu,Dy,Er）'>2.4.5 盐助甘氨酸法制备系列Ln2Zr2O7（Ln=La,Sm,Eu,Dy,Er）2.4.5.1 实验部分2.4.5.2 结果与讨论2Zr2O7（Ln=La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）纳米晶'>2.5 盐助固相法制备系列Ln2Zr2O7（Ln=La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）纳米晶2Zr2O7的合成及最佳反应条件的选择'>2.5.1 La2Zr2O7的合成及最佳反应条件的选择2.5.1.1 实验部分2.5.1.2 最佳工艺条件的确定2.5.1.3 固相反应历程的研究2.5.2 结果与讨论2.5.2.1 产物的XRD分析2.5.2.2 产物的IR分析2.5.2.3 产物的Raman分析2.5.2.4 产物的TEM及HRTEM分析2.5.2.5 产物的SEM分析2.5.2.6 产物的EDS分析2Zr2O7纳米晶的荧光性质'>2.6 Ln2Zr2O7纳米晶的荧光性质2.6.1 不同产物的荧光性质2.6.2 不同制备方法的影响2Zr2O7纳米晶的光催化性能研究'>2.7 Ln2Zr2O7纳米晶的光催化性能研究2.7.1 Ln对光催化活性的影响2.7.2 不同煅烧温度对产物光催化活性的影响2.7.3 制备方法对产物光催化活性的影响2.8 本章小结xLn′2-xZr2O7（Ln=La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）的制备、表征及其催化性能研究'>3 LnxLn′2-xZr2O7（Ln=La,Nd,Sm,Eu,Dy,Er）的制备、表征及其催化性能研究3.1引言3.2 仪器与试剂3.2.1 实验试剂3.2.2 测试条件3.2.3 光催化反应测试xLn′2-xZr2O7系列化合物'>3.3 盐助甘氨酸法制备LnxLn′2-xZr2O7系列化合物3.3.1 实验部分3.3.2 结果与讨论3.3.2.1 XRD分析3.3.2.2 拉曼分析3.3.2.3 形貌分析xLn′2-xZr2O7的硬脂酸法制备与结构表征'>3.4 LnxLn′2-xZr2O7的硬脂酸法制备与结构表征3.4.1 实验部分xLn′2-xZr2O7的表征及性能'>3.4.2 LnxLn′2-xZr2O7的表征及性能3.4.2.1 产物的XRD分析3.4.2.2 产物的形貌分析3.5 产物的荧光性质3.5.1 不同掺杂量的影响3.5.2 煅烧温度的影响3.5.3 不同制备方法的影响3.6 产物的光催化活性3.6.1 不同掺杂量的影响3.6.2 Ln对产物光催化性能的影响3.7 本章小结2(SnxZr2-x)O7（Ln=La,Nd,Sm,Dy,Er）的制备、表征及荧光性质研究'>4 Ln2(SnxZr2-x)O7（Ln=La,Nd,Sm,Dy,Er）的制备、表征及荧光性质研究4.1 引言4.2 试剂与仪器4.2.1 实验试剂4.2.2 测试条件4.2.3 光催化反应测试2Sn2O7纳米晶的制备与表征'>4.3 Ln2Sn2O7纳米晶的制备与表征2Sn2O7纳米晶的盐助甘氨酸法制备'>4.3.1 Ln2Sn2O7纳米晶的盐助甘氨酸法制备2Sn2O7纳米晶的表征'>4.3.2 Ln2Sn2O7纳米晶的表征2Sn2O7纳米晶的XRD分析'>4.3.2.1 Ln2Sn2O7纳米晶的XRD分析2Sn2O7纳米晶的红外光谱'>4.3.2.2 Ln2Sn2O7纳米晶的红外光谱2Sn2O7纳米晶的拉曼光谱'>4.3.2.3 Ln2Sn2O7纳米晶的拉曼光谱4.3.2.4 形貌分析2Sn2O7晶体增长的焙烧动力学研究'>4.3.3 Ln2Sn2O7晶体增长的焙烧动力学研究2Sn2O7晶体的光催化性能'>4.3.4 Ln2Sn2O7晶体的光催化性能2(SnxZr2-x)O7（Ln=La,Nd,Sm,Dy,Er）的制备与结构表征'>4.4 Ln2(SnxZr2-x)O7（Ln=La,Nd,Sm,Dy,Er）的制备与结构表征4.4.1 实验过程2(SnxZr2-x)O7的结构表征'>4.4.2 系列Ln2(SnxZr2-x)O7的结构表征2(SnxZr2-x)O7的XRD分析'>4.4.2.1 系列Ln2(SnxZr2-x)O7的XRD分析2(SnxZr2-x)O7的红外光谱'>4.4.2.2 系列Ln2(SnxZr2-x)O7的红外光谱2(SnxZr2-x)O7的拉曼光谱'>4.4.2.3 系列Ln2(SnxZr2-x)O7的拉曼光谱2(SnxZr2-x)O7的形貌分析'>4.4.2.4 系列Ln2(SnxZr2-x)O7的形貌分析2(SnxZr2-x)O7的荧光性质'>4.5 Ln2(SnxZr2-x)O7的荧光性质4.5.1 不同Ln材料的荧光性质4.5.2 不同煅烧温度的影响4.5.3 不同掺杂量的影响4.6 本章小结2Zr2O7为基的复合材料的制备及光催化性能研究'>5 系列以Ln2Zr2O7为基的复合材料的制备及光催化性能研究5.1 引言5.2 试剂与仪器5.2.1 实验试剂5.2.2 测试条件5.2.3 光催化反应2/La2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究'>5.3 ZiO2/La2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究2/La2Zr2O7复合粒子的制备'>5.3.1 TiO2/La2Zr2O7复合粒子的制备2/La2Zr2O7复合粒子的表征及催化性能'>5.3.2 ZiO2/La2Zr2O7复合粒子的表征及催化性能5.3.2.1 XRD分析5.3.2.2 拉曼光谱分析5.3.2.3 扫描电镜分析2/Nd2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究'>5.4 ZiO2/Nd2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究2/Nd2Zr2O7复合粒子的制备'>5.4.1 ZiO2/Nd2Zr2O7复合粒子的制备2/Nd2Zr2O7复合粒子的表征及催化性能'>5.4.2 TiO2/Nd2Zr2O7复合粒子的表征及催化性能5.4.2.1 XRD分析5.4.2.2 拉曼光谱分析5.4.2.3 形貌分析5.4.2.4 能谱结果分析及比表面结果2/La2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究'>5.5 SnO2/La2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究2/La2Zr2O7复合粒子的制备'>5.5.1 SnO2/La2Zr2O7复合粒子的制备2/La2Zr2O7复合粒子的表征及催化性能'>5.5.2 SnO2/La2Zr2O7复合粒子的表征及催化性能5.5.2.1 XRD分析5.5.2.2 形貌分析和EDS分析2/La2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究'>5.6 ZrO2/La2Zr2O7复合粒子的制备、表征及催化性能研究2/La2Zr2O7复合粒子的制备'>5.6.1 ZrO2/La2Zr2O7复合粒子的制备2/La2Zr2O7复合粒子的表征'>5.6.2 ZrO2/La2Zr2O7复合粒子的表征5.6.2.1 XRD分析5.6.2.2 形貌分析2/Ln2Zr2O7复合材料的光催化性能'>5.7 MO2/Ln2Zr2O7复合材料的光催化性能2/La2Zr2O7及TiO2/Nd2Zr2O7复合材料的催化性能'>5.7.1 TiO2/La2Zr2O7及TiO2/Nd2Zr2O7复合材料的催化性能2/La2Zr2O7复合材料的催化性能'>5.7.1.1 TiO2/La2Zr2O7复合材料的催化性能2/Nd2Zr2O7复合材料的催化性能'>5.7.1.2 TiO2/Nd2Zr2O7复合材料的催化性能2/La2Zr2O7复合材料的光催化性能'>5.7.2 不同MO2/La2Zr2O7复合材料的光催化性能5.8 本章小结2Zr2O7复合粒子的制备及对AP热分解的催化活性研究'>6 过渡金属氧化物/La2Zr2O7复合粒子的制备及对AP热分解的催化活性研究6.1 引言6.1.1 AP的性能6.1.2 AP的热分解6.2 仪器与试剂6.2.1 实验试剂6.2.2 仪器及测试条件6.2.3 热分解实验2Zr2O7系列对AP的催化活性'>6.3 Ln2Zr2O7系列对AP的催化活性6.3.1 实验方法2Zr2O7系列对AP的催化活性'>6.3.2 Ln2Zr2O7系列对AP的催化活性3O4/La2Zr2O7复合粒子的制备及其催化性能研究'>6.4 Co3O4/La2Zr2O7复合粒子的制备及其催化性能研究3O4/La2Zr2O7复合粒子的制备'>6.4.1 Co3O4/La2Zr2O7复合粒子的制备3O4/La2Zr2O7复合粒子的表征'>6.4.2 Co3O4/La2Zr2O7复合粒子的表征6.4.2.1 XRD分析6.4.2.2 红外光谱分析6.4.2.3 形貌分析3O4/La2Zr2O7复合粒子对AP的催化性能'>6.4.3 Co3O4/La2Zr2O7复合粒子对AP的催化性能2Zr2O7复合粒子的制备及其对AP的催化性能研究'>6.5 NiO/La2Zr2O7复合粒子的制备及其对AP的催化性能研究2Zr2O7复合粒子的制备'>6.5.1 NiO/La2Zr2O7复合粒子的制备2Zr2O7复合粒子的表征'>6.5.2 NiO/La2Zr2O7复合粒子的表征6.5.2.1 XRD分析6.5.2.2 红外光谱分析6.5.2.3 形貌分析2Zr2O7复合粒子对AP的催化性能'>6.5.2.4 NiO/La2Zr2O7复合粒子对AP的催化性能2Zr2O7复合粒子的制备及其催化性能研究'>6.6 CuO/La2Zr2O7复合粒子的制备及其催化性能研究2Zr2O7复合粒子的制备'>6.6.1 CuO/La2Zr2O7复合粒子的制备2Zr2O7复合粒子的表征'>6.6.2 CuO/La2Zr2O7复合粒子的表征6.6.2.1 XRD分析6.6.2.2 形貌分析2Zr2O7复合粒子对AP的催化性能'>6.6.3 CuO/La2Zr2O7复合粒子对AP的催化性能6.7 本章小结7 全文结论致谢参考文献攻读博士期间已发表或待发表的论文
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