锰二元化合物微/纳米材料的合成及机理研究

论文摘要

锰是地球上储量最丰富的元素之一,在自然界中有+2,+3和+4三种氧化态,我国锰资源含量丰富,分布广泛。锰的氧化物/硫化物在电池、颜料、催化、半导体、太阳能转化等领域的广泛应用,成为近年来的研究热点。纳米材料具有许多优越于块体材料的特殊性质,纳米材料的物理/化学性质与形貌有很大的关系,因此利用简便的方法制备出各种不同形貌纳米材料成为材料研究的热点之一。在本论文中,我们主要采用简单的水热法作为锰二元化合物纳米材料的合成方法,通过研究不同反应参数对产物的影响来揭示反应过程及机理,也对今后的工作有一定的借鉴作用。1.利用简单的水热法合成出两种不同晶型/形貌的MnS纳米材料。通过引入络合剂实现了MnS从介稳的γ-相向稳定的α-相转变,并且随着晶型的转变,形貌也产生了变化。进一步研究表明,合适的络合剂是促进这种转变的关键因素,因为它能改变Mn的配位数。多种不同的络合剂都证实了这一结果。2.近年来,有关利用无机盐控制MnO2晶型的报道很多,但是利用盐作为MnO2的形貌修饰剂还没见报道。本文在利用无机盐做矿化剂控制MnO2晶型的同时还将它作为修饰剂来控制产物形貌。研究表明,阳离子可以作为模板来控制晶型,而阴离子可以用来修饰产物形貌。从而制备出α-MnO2纳米线,β-MnO2纳米管以及β-MnO2纳米棒。3.第一次利用水热法合成了Mn3O4六足形微/纳米材料。通过研究反应温度、反应时间、不同无机盐修饰剂等因素的影响,发现阴离子是导致生成六足形结构的关键因素。主要是一些合适的阴离子降低了反应物的扩散速率,在体系中构成了浓度梯度。晶体的不同部分生长速率不同,最终长成了奇特的六足形结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 1.2 纳米材料的特性
• 1.2.1 量子尺寸效应
• 1.2.2 表面效应
• 1.2.3 体积效应
• 1.2.4 宏观量子隧道效应
• 1.3 纳米材料的性能
• 1.3.1 力学性能
• 1.3.2 电学性能
• 1.3.3 磁学性质
• 1.3.4 热学性质
• 1.3.5 光学性质
• 1.3.6 化学性质
• 1.4 纳米晶体的形成过程与机理
• 1.4.1 纳米晶体的形成过程
• 1.4.2 晶体形状的形成机理
• 1.5 纳米结构的制备方法概述
• 1.5.1 气相法
• 1.5.2 液相法
• 1.5.3 固相法
• 1.6 水热反应的特点
• 1.7 含锰化合物简介
• 1.7.1 硫化锰（MnS）
• 2）'>1.7.2 二氧化锰（MnO₂）
• 3O₄）'>1.7.3 四氧化三锰（Mn₃O₄）
• 1.8 本课题的创新点
• 参考文献
• 第二章 硫化锰纳米晶体的水热合成以及相转变研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原材料及反应设备
• 2.2.2 MnS 纳米材料的合成
• 2.2.3 产物表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 晶型表征
• 2.3.2 形貌与结构分析
• 2.3.3 机理研究
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 水热法制备纳米二氧化锰以及盐对其晶型和形貌影响的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 2和β-MnO₂ 合'>3.2.1 α-MnO₂和β-MnO₂合
• 3.2.2 仪器
• 3.3 结果与讨论
• 2和β-MnO₂ 纳米材料的XRD 表'>3.3.1 α-MnO₂和β-MnO₂ 纳米材料的XRD 表
• 3.3.2 形貌表征
• 3.3.3 机理讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 四氧化三锰纳米晶体的水热合成以及盐对其形貌的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料及反应设备
• 4.2.2 六足四氧化三锰微/纳米晶体的合成
• 4.2.3 产物的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 晶型表征
• 4.3.2 形貌表征
• 3O₄ 形成机理的讨论'>4.3.3 关于六足形Mn₃O₄形成机理的讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 全文总结与研究展望
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢