氧化锆微/纳米材料的制备

论文摘要

二氧化锆（ZrO2）由于其具有高强度、高耐磨性、高熔点、低热传导和高耐腐蚀性等优良性能而使其成为重要的科技材料。二氧化锆表面兼具酸性和碱性,加上高的热稳定性使其表现出优异的催化性能。氧化锆陶瓷材料由于这些独特的机械和电子性能使他们广泛应用在结构材料,热障涂层,氧传感器,燃料电池,催化剂和催化载体,大范围完整电路中高绝缘热塑材料,金属氧化物半导体各个领域。本工作中,采用新方法合成了氧化锆中空微球,玫瑰花状NH4Zr2F9,和二氧化锆纳米线前驱体。（1）以氧氯化锆、尿素、浓盐酸、无水乙醇为原料,通过一种新的溶剂热合成法合成了中空ZrO2微球,球壳为介孔结构。可以通过改变合成条件来控制中空微球的形貌和球壳厚度,经过高温焙烧后中空微球的形貌得以保留。在CO催化氧化反应中,Pt负载在这种焙烧后的中空ZrO2微球,比负载在传统方法合成得到的ZrO2上表现出更好的催化性能。（2）利用氧氯化锆、尿素、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMImBF4）、盐酸在乙醇中溶剂热合成了单晶NH4Zr2F9玫瑰花状聚集体,通过改变合成条件可以使NH4Zr2F9玫瑰花状聚集体转变成六边形片。经过高温焙烧后NH4Zr2F9玫瑰花状聚集体能够转化成形貌保持完好的单斜ZrO2。（3）在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMImBF4）存在的条件下,采用溶剂热法成功合成了长25μm,直径50nm的二氧化锆前驱体纳米线,通过扫面电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）,粉末X-射线衍射（XRD）,傅立叶红外转换光谱（FT-IR）,热重.差热扫描量热分析（TGA-DSC）等表征手段对纳米线形貌等进行了表征分析。提出了纳米线的形成机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 二氧化锆的三种晶相和相变
• 1.3 二氧化锆粉体材料的制备
• 1.3.1 沉淀法
• 1.3.2 水解法
• 1.3.3 溶胶一凝胶法
• 1.3.4 水热与溶剂热法
• 1.3.5 W/O微乳液法
• 1.3.6 醇-水溶液加热法
• 1.3.7 固相法
• 1.3.8 气相法
• 1.3.9 模板法
• 1.4 二氧化锆微球的制备
• 1.4.1 二氧化锆空心球的制备
• 1.4.2 二氧化锆实心球的制备
• 1.5 二氧化锆一维材料的制备
• 1.5.1 二氧化锆纳米线的制备
• 1.5.2 二氧化锆纳米管的制备
• 1.6 离子液体（ILs）在材料合成中的应用
• 1.6.1 离子液体的特点
• 1.6.2 离子液体制备纳米多孔材料
• 1.6.3 离子液体制备纳米粒子或微球
• 1.6.4 离子液体制备纳米片
• 1.6.5 离子液体制备一维材料
• 1.7 本课题的选题依据及研究方案
• 2中空微球'>第2章 原位模板法合成ZrO₂中空微球
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 二氧化锆中空微球及催化剂的制备
• 2.2.3 表征及测试方法
• 2.2.4 催化剂性能测试实验
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 空心球结构表征
• 2.3.2 乙醇/盐酸含量对产物形貌的影响
• 2.3.3 尿素对空心球的影响
• 2.3.4 温度对空心球的影响
• 2.3.5 时间对空心球的影响
• 2.3.6 微球形成机理
• 2.3.7 氧化锆中空微球性能讨论
• 2.4 本章小结
• 2玫瑰花状纳米微片'>第3章 离子液体辅助合成ZrO₂玫瑰花状纳米微片
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 表征及测试方法
• 4Zr₂F₉的制备'>3.2.3 NH₄Zr₂F₉的制备
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 形貌、晶型及红外讨论
• 3.3.2 离子液体种类的影响
• 3.3.3 盐酸含量的影响
• 3.3.4 尿素量的影响
• 3.3.5 离子液体量的影响
• 3.3.6 反应时间的影响
• 3.3.7 反应温度的影响
• 3.3.8 反应机理
• 3.4 小结
• 2纳米线'>第4章 离子液体辅助合成ZrO₂纳米线
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与原料
• 4.2.2 主要实验仪器,表征及测试方法
• 4.2.3 二氧化锆纳米线前驱体制备
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 形貌分析
• 4.3.2 X射线衍射及红外分析
• 4.4 实验条件对产物形貌的影响
• 4.4.1 离子液体种类的影响
• 4.4.2 离子液体量的影响
• 4.4.3 反应温度的影响
• 4.4.4 反应时间的影响
• 2前驱体纳米线的转化'>4.4.5 ZrO₂前驱体纳米线的转化
• 4.5 小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果