文档介绍：烟台大学
硕士学位论文
氧化物纳米粒子表面包覆及形状控制研究
姓名:贾燕燕
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:任万忠;崔洪涛
2011-06
烟台大学硕士学位论文
摘要
金属氧化物纳米材料因其优异的磁学、电学、力学、生物活性、催化
等性能,在磁记录、电容器、生物医药、催化剂和航空材料等诸多领域得
到广泛的应用。因此,开发成本低廉且工艺简单的工业化包覆方法,或反
应条件温和的纳米粒子形状控制方法,实现纳米粒子特定性能的有效发挥,
对纳米材料的研究及应用具有重要的意义。
本论文采用低温环氧化物溶胶凝胶新方法制备 Fe3O4 和 CeO2 纳米粒子,
并利用室温湿固相研磨方法,通过释放偏硅酸钠的结晶水在纳米粒子表面液
相成膜的过程,分别在 Fe3O4 和 CeO2 纳米粒子表面成功包覆了一层 SiO2 膜;
研究了 CeO2/SiO2 核壳纳米粒子的氧化性能,并探讨了氧化物纳米粒子的包
覆原理。另外,通过钴盐与溶剂的简单改变,利用不同的钴盐在不同溶剂中所
产生的结构相异的水合钴离子与环氧化物进行亲核加成反应,可形成具有特定形
状且稳定的晶化前驱体纳米粒子,经过热处理最终得到球形,立方体形和盘状的
Co3O4 纳米粒子。对其组成,形貌和气敏性能进行了研究,并对不同形状 Co3O4
的形成机理进行了探讨。论文的主要研究内容及结果如下:
1)以氯化亚铁为原料,分别以乙醇和水为溶剂,利用环氧化物的胶凝
或沉淀作用,在较低的温度下合成了反尖晶石结构的 Fe3O4 纳米粒子。表
征结果表明,在乙醇中反应得到了 10nm 以下的纳米粒子,且在反应物浓度
为时得到的 Fe3O4 纳米粒子其平均粒径为 ,而时的平均
粒径为。在水中所得到的 Fe3O4 纳米粒子粒径较乙醇中大,平均粒径
在 45nm 左右。
以水溶液中制备的 Fe3O4 纳米粒子为内核,采用室温湿固相法,利用偏
硅酸钠的水溶性,通过研磨释放结晶水的同时使其和氯化胺进行反应,在
Fe3O4 纳米粒子表面形成多硅酸液膜,最终形成 Fe3O4/SiO2 核壳型纳米粒子。
2)以氯化亚铈为原料,采用环氧丙烷为胶凝剂,利用溶胶凝胶法制备
了CeO2纳米粒子,并同样采用室温湿固相法成功制备了40nm的CeO2/SiO2

I
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核壳粒子。通过各种表征手段证明了SiO2的存在,且是以膜的形式包覆在
了CeO2表面。提出了通过电导率加热装置测试氧化物氧化性的新思路,并
利用此装置对CeO2,CeO2/SiO2以及蓖麻油的氧化性进行了测试,结果表明
由于SiO2膜的隔离作用,大大减弱了CeO2对有机物的氧化催化作用。
3)分别以水和乙醇为溶剂,以Co(NO3)2⋅6H2O、CoCl2⋅6H2O及其混合盐为
原料,利用不同溶剂与不同水合钴离子的相互作用,分别合成了20nm球形、
30nm立方体形和100nm盘状的Co3O4纳米粒子。在无水乙醇溶液中,所得到的前驱
体分别是不规则的Co(NO3)(OH)⋅H2O和立方体形的Co2(OH)3Cl,在煅烧后分别形成
- -
球形和立方体形状的Co3O4纳米粒子;在水溶液中,由于Cl 的反应活性大于NO3
和 H2O ,由混合盐得到的前驱体主要是以Co2(OH)3Cl 为主,掺以少量的
Co(NO3)(OH)⋅H2O,煅烧后形成的是盘状的Co3O4纳米粒子。对各种形状Co3O4纳米
粒子的气敏性能进行了初步探索,结果表明球形、立方体形和盘状的Co3O4纳米
粒子皆对乙醇气体的选择性较好,三种形状纳米粒子在乙醇气体中的最佳工作
o o o
温度分别是250 C,200 C和225 C,但盘状的Co3O4纳米粒子在1000ppm的乙醇
气体中最佳工作温度下的灵敏度明显高于其它两种形状。
关键词:溶胶凝胶;纳米粒子;表面包覆;形状控制

II
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Abstract
Because of the excellent ic, electrical, mechanical, biological activity and
catalytic properties, metal oxide nanomaterials are widely used in fields such as
ic recording, capacitors, biomedical, catalysts and aerospace materials. Therefore,
developing a m