磷酸铈纳米材料的可控合成及性能研究

论文摘要

纳米线、纳米管、纳米棒、纳米带和纳米电缆等一维纳米材料作为纳米材料的一个重要分支,因其具有与块体材料截然不同的光学性能、电磁性能、机械性能及其在光电器械、数据存储、先进催化材料等方面的巨大应用前景,而日益成为人们广泛研究的焦点。稀土元素由于具有4f电子特性,使其元素及其化合物具有许多特殊的性能。稀土磷酸铈作为稀土化合物家族的重要成员,在荧光材料、导体材料、离子交换、催化剂材料等方面有着广泛的应用前景,是无机材料研究的热点领域。本文通过改变无机铈源和溶液的pH值研究了水热合成过程中反应条件对磷酸铈纳米材料晶体结构和形貌的影响。结果表明,分别使用四价硫酸铈和三价氯化铈作为无机铈源,经水热合成能够获得直径约为2.1μm的六方晶型磷酸铈微球和直径约为50nm,长度可达10.5μm的单斜晶型独居石结构CePO4单晶纳米线。使用三价氯化铈作为无机铈源进行水热合成时,可以分别在pH值为1的溶液中得到单斜晶型独居石结构CePO4纳米线,在pH值为6的溶液中得到具有一定的介孔孔道结构的六方晶型CePO4纳米颗粒。以三价铈盐和磷酸为前驱体,经水热合成制备了高长径比六方晶型和单斜晶型独居石结构的CePO4纳米线。结果表明,控制水热反应时间能够达到控制CePO4纳米线晶型的目的,随水热时间的延长,磷酸铈纳米线的晶型从六方晶型转变为单斜晶型(独居石结构)。在水体系、水／乙醇混合体系、乙醇体系和水/正丁醇混合体系中,水/乙醇混合体系最有利于CePO4纳米线晶体的生长。磷酸铈纳米线随水热时间延长发生了从六方晶型到单斜晶型独居石结构的位移型相变,相变过程中不破坏纳米线整体结构。另外,本文还研究了磷酸铈纳米材料的热稳定性和发光性能。结果表明,随煅烧温度的升高,磷酸铈纳米线直径增大,经1000℃煅烧仍能保持一维线形结构,表明其热稳定性良好。随煅烧温度的升高,磷酸铈微球由煅烧前的六方晶型逐渐转变为单斜晶型独居石结构,但经900℃煅烧会产生立方氧化铈杂相。磷酸铈纳米线在紫外激发下具有可见光区蓝紫发射区,但随煅烧温度的升高,磷酸铈纳米线的发光强度显著降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 纳米材料的基本理论
• 1.2.1 小尺寸效应
• 1.2.2 表面与界面效应
• 1.2.3 量子尺寸效应
• 1.2.4 介电限域效应
• 1.2.5 宏观量子隧道效应
• 1.3 一维纳米材料的研究现状
• 1.3.1 一维纳米材料的制备方法
• 1.3.2 一维纳米材料的表征
• 1.3.3 纳米线的性能
• 1.4 稀土Ce的发光性能
• 3+发光的基本特征'>1.4.1 Ce³⁺发光的基本特征
• 3+离子发光的某些规律'>1.4.2 Ce³⁺离子发光的某些规律
• 1.5 稀土磷酸铈纳米线的研究现状
• 1.5.1 稀土磷酸铈纳米线的合成
• 1.5.2 稀土磷酸铈纳米线的形成机理
• 1.6 课题的选择和目的
• 1.6.1 本研究项目的目的和科学依据
• 1.6.2 本研究项目的研究方案
• 第二章 实验方法
• 2.1 原料
• 2.2 样品的制备方法及步骤
• 4样品的制备'>2.2.1 以P123为模板剂,CePO₄样品的制备
• 4样品的制备'>2.2.2 以SDS为模板剂,CePO₄样品的制备
• 4样品的制备'>2.2.3 以十八胺为模板剂,CePO₄样品的制备
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 晶相结构分析
• 2.3.2 形貌观察
• 2.3.3 发光性能
• 2.3.4 粉体比表面分析
• 第三章 反应条件对磷酸铈纳米材料结构的影响
• 4纳米材料的影响'>3.1 水热合成中无机铈源对CePO₄纳米材料的影响
• 3.1.1 晶相结构
• 3.1.2 形貌观察
• 4纳米材料的影响'>3.2 水热合成中pH值对CePO₄纳米材料的影响
• 3.2.1 晶相结构
• 3.2.2 BET分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 磷酸铈纳米线的形成过程及机理
• 4纳米线的影响'>4.1 水热合成中反应时间对CePO₄纳米线的影响
• 4.1.1 晶相结构
• 4.1.2 形貌观察
• 4.1.3 HRTEM分析
• 4纳米线的影响'>4.2 水热合成中溶剂体系对CePO₄纳米线的影响
• 4.2.1 晶相结构
• 4.2.2 形貌观察
• 4.3 磷酸铈纳米线生长及晶型转化机理分析
• 4.3.1 磷酸铈晶体结构模拟及分析
• 4.3.2 磷酸铈纳米线的生长过程和晶型转变机理分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 磷酸铈纳米材料的热稳定性及发光性能
• 4纳米线的热稳定性'>5.1 CePO₄纳米线的热稳定性
• 5.1.1 晶相结构
• 5.1.2 形貌观察
• 4微球的热稳定性'>5.2 CePO₄微球的热稳定性
• 4纳米线的发光性能'>5.3 CePO₄纳米线的发光性能
• 4纳米线发光性能的影响'>5.3.1 水热时间对CePO₄纳米线发光性能的影响
• 4纳米线发光性能的影响'>5.3.2 煅烧温度对CePO₄纳米线发光性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 论文总结
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件