材料物理与化学专业优秀论文材料物理与化学专业优秀论文 超临界流体技术在气凝胶和纳米粉超临界流体技术在气凝胶和纳米粉体制备中的应用体制备中的应用关键词：气凝胶关键词：气凝胶 纳米粉体纳米粉体 制备方法制备方法 超临界流体技术超临界流体技术 光催化性质光催化性质摘要：相较于其它固体材料，气凝胶材料具有低密度、大比表面积及高孔洞率 等独特性质，因而在催化科学、材料科学等诸多领域具有广泛的应用价值。然 而对于气凝胶材料，目前仍有许多问题值得研究，包括完善制备技术、开发新 种类、增强应用性能研究（如块体性，透明性）等。我们利用溶胶凝胶法并 结合超临界流体干燥技术分别制备了氧化钆、氧化锌及硫化镉的块状气凝胶， 对三种气凝胶的合成路线及性质进行了研究，并对超临界流体干燥技术的工艺 条件进行了优化。 超临界流体不仅可以用于气凝胶的制备，还可以做为反应 介质参与材料的合成，并能控制产物的颗粒粒径、颗粒形貌、组成和结构等性 质，利用超临界流体作为反应介质是一种具有广泛应用前景的绿色合成手段。 本论文主要工作包括： 1CdS 纳米晶气凝胶的制备及其光催化性质研究 以微乳液反胶束法获得的粒径为 5-10nm 的 CdS 纳米颗粒为骨架，利用表面硫醇 偶联制得了 CdS 湿凝胶。经过超临界 CO2 干燥后得到的块状 CdS 纳米晶气凝胶 显示了较大的比表面积（2022/g）和较高的孔洞率（047 ml/g） ，其平均 孔径为 63nm，属于介孔范围。利用自制的光催化装置对所得到的 CdS 气凝胶 进行了光催化性质的研究，实验证明它比纳米粉体和块体材料具有更高的光催 化效率。对不同晶形的 CdS 材料所做的光催化实验证明未经焙烧的 CdS 气凝胶 展现了最佳的光催化效率，而较低温度下形成的立方闪锌矿结构的 CdS 要比高 温条件下得到的六方纤维锌矿结构的 CdS 具有更好的光催化性，通过紫外吸收、 比表面积分析以及红外等表征手段对其原因进行了分析。 2透明块状 Gd2O3 气凝胶的制备及其性能表征 用廉价易得的氯化钆和硝酸钆作为前驱体， 用环氧化合物作胶凝剂，分别制备了半透明及透明的块状 Gd2O3 气凝胶。氮气 吸附解析测试表明样品具有大的比表面积（226/g）和高的孔洞率，平均孔径 为 42nm，孔体积为 245ml/g。实验探索了 CO2 超临界干燥的最佳工艺条件， 考察了溶剂性质、溶剂用量以及不同的添加剂对实验过程及产物性质（包括透 明性、块体保持等）的影响。对 Gd2O3 凝胶分别采用超临界 CO2 和超临界乙醇 进行了干燥，并用 XRD、TEM 以及荧光光谱等技术对产物进行了对比分析。结果 表明，虽然样品经超临界乙醇处理后其荧光性得到了增强，但是凝胶的立体网 络结构遭到破坏，因而无法得到块状的 Gd2O3 气凝胶。对掺杂 Eu 的 Gd2O3 气凝 胶进行了荧光性质研究，结果表明此产物是一种较好的荧光材料，并且在一定 范围内，其荧光强度随 Eu 掺杂量的增加而增强。 3ZnO 气凝胶的制备与表 征 因为通常使用的环氧化合物法仅限于制备高价态（+3）的金属氧化物气 凝胶，所以我们对这种方法加以改进，制得了价态为+2 的 ZnO 气凝胶，具体方 法如下：采用 Zn 的无机盐做前驱体，以柠檬酸为添加剂，以环氧化合物为胶凝 剂，通过溶胶-凝胶方法制得了 ZnO 湿凝胶，最后经超临界 CO2 干燥得到块状的 ZnO 气凝胶。分别利用 XRD、TEM、红外光谱、氮气吸附/解析以及荧光光谱等分 析手段对所得的 ZnO 气凝胶进行了表征，结果表明产物具有开放的孔结构，比 表面积为 202/g，孔隙率为 197 ml/g。基于平行实验结果探索了部分参数 对于胶凝过程的影响。同时探讨了 ZnO 凝胶的成胶机理以及柠檬酸的作用。 4以超临界水为反应介质制备多元化合物纳米粉体的研究 我们利用超临界 水为反应介质成功地制备了粒径范围在纳米级别的 FeIn2S4 粉体。相较于普通 水热法制备的产物，利用该方法所得产物具有更高的纯度、更加规则的形貌， 并且颗粒粒径更加均匀、颗粒结晶性更好。与固相反应法相比，以超临界水作 为反应介质进行材料制备时，反应温度要求低，反应过程相对简单，反应时间 大大缩减。论文着重对比了超临界水方法与传统水热法之间的区别并探讨了反 应机理。实验证明超临界水作为反应介质不仅可以用来合成多元组分氧化物， 也可以用来合成多元组分硫化物，并且可以有效地控制产物的结晶性及形貌等 性质。正文内容正文内容相较于其它固体材料，气凝胶材料具有低密度、大比表面积及高孔洞率等 独特性质，因而在催化科学、材料科学等诸多领域具有广泛的应用价值。然而 对于气凝胶材料，目前仍有许多问题值得研究，包括完善制备技术、开发新种 类、增强应用性能研究（如块体性，透明性）等。我们利用溶胶凝胶法并结 合超临界流体干燥技术分别制备了氧化钆、氧化锌及硫化镉的块状气凝胶，对 三种气凝胶的合成路线及性质进行了研究，并对超临界流体干燥技术的工艺条 件进行了优化。 超临界流体不仅可以用于气凝胶的制备，还可以做为反应介 质参与材料的合成，并能控制产物的颗粒粒径、颗粒形貌、组成和结构等性质， 利用超临界流体作为反应介质是一种具有广泛应用前景的绿色合成手段。 本 论文主要工作包括： 1CdS 纳米晶气凝胶的制备及其光催化性质研究 以 微乳液反胶束法获得的粒径为 5-10nm 的 CdS 纳米颗粒为骨架，利用表面硫醇偶 联制得了 CdS 湿凝胶。经过超临界 CO2 干燥后得到的块状 CdS 纳米晶气凝胶显 示了较大的比表面积（2022/g）和较高的孔洞率（047 ml/g） ，其平均孔 径为 63nm，属于介孔范围。利用自制的光催化装置对所得到的 CdS 气凝胶进 行了光催化性质的研究，实验证明它比纳米粉体和块体材料具有更高的光催化 效率。对不同晶形的 CdS 材料所做的光催化实验证明未经焙烧的 CdS 气凝胶展 现了最佳的光催化效率，而较低温度下形成的立方闪锌矿结构的 CdS 要比高温 条件下得到的六方纤维锌矿结构的 CdS 具有更好的光催化性，通过紫外吸收、 比表面积分析以及红外等表征手段对其原因进行了分析。 2透明块状 Gd2O3 气凝胶的制备及其性能表征 用廉价易得的氯化钆和硝酸钆作为前驱体， 用环氧化合物作胶凝剂，分别制备了半透明及透明的块状 Gd2O3 气凝胶。氮气 吸附解析测试表明样品具有大的比表面积（226/g）和高的孔洞率，平均孔径 为 42nm，孔体积为 245ml/g。实验探索了 CO2 超临界干燥的最佳工艺条件， 考察了溶剂性质、溶剂用量以及不同的添加剂对实验过程及产物性质（包括透 明性、块体保持等）的影响。对 Gd2O3 凝胶分别采用超临界 CO2 和超临界乙醇 进行了干燥，并用 XRD、TEM 以及荧光光谱等技术对产物进行了对比分析。结果 表明，虽然样品经超临界乙醇处理后其荧光性得到了增强，但是凝胶的立体网 络结构遭到破坏，因而无法得到块状的 Gd2O3 气凝胶。对掺杂 Eu 的 Gd2O3 气凝 胶进行了荧光性质研究，结果表明此产物是一种较好的荧光材料，并且在一定 范围内，其荧光强度随 Eu 掺杂量的增加而增强。 3ZnO 气凝胶的制备与表 征 因为通常使用的环氧化合物法仅限于制备高价态（+3）的金属氧化物气 凝胶，所以我们对这种方法加以改进，制得了价态为+2 的 ZnO 气凝胶，具体方 法如下：采用 Zn 的无机盐做前驱体，以柠檬酸为添加剂，以环氧化合物为胶凝 剂，通过溶胶-凝胶方法制得了 ZnO 湿凝胶，最后经超临界 CO2 干燥得到块状的 ZnO 气凝胶。分别利用 XRD、TEM、红外光谱、氮气吸附/解析以及荧光光谱等分 析手段对所得的 ZnO 气凝胶进行了表征，结果表明产物具有开放的孔结构，比 表面积为 202/g，孔隙率为 197 ml/g。基于平行实验结果探索了部分参数 对于胶凝过程的影响。同时探讨了 ZnO 凝胶的成胶机理以及柠檬酸的作用。 4以超临界水为反应介质制备多元化合物纳米粉体的研究 我们利用超临界 水为反应介质成功地制备了粒径范围在纳米级别的 FeIn2S4 粉体。相较于普通 水热法制备的产物，利用该方法所得产物具有更高的纯度、更加规则的形貌， 并且颗粒粒径更加均匀、颗粒结晶性更好。与固相反应法相比，以超临界水作为反应介质进行材料制备时，反应温度要求低，反应过程相对简单，反应时间 大大缩减。论文着重对比了超临界水方法与传统水热法之间的区别并探讨了反 应机理。实验证明超临界水作为反应介质不仅可以用来合成多元组分氧化物， 也可以用来合成多元组分硫化物，并且可以有效地控制产物的结晶性及形貌等 性质。 相较于其它固体材料，气凝胶材料具有低密度、大比表面积及高孔洞率等独特 性质，因而在催化科学、材料科学等诸多领域具有广泛的应用价值。然而对于 气凝胶材料，目前仍有许多问题值得研究，包括完善制备技术、开发新种类、 增强应用性能研究（如块体性，透明性）等。我们利用溶胶凝胶法并结合超 临界流体干燥技术分别制备了氧化钆、氧化锌及硫化镉的块状气凝胶，对三种 气凝胶的合成路线及性质进行了研究，并对超临界流体干燥技术的工艺条件进 行了优化。 超临界流体不仅可以用于气凝胶的制备，还可以做为反应介质参 与材料的合成，并能控制产物的颗粒粒径、颗粒形貌、组成和结构等性质，利 用超临界流体作为反应介质是一种具有广泛应用前景的绿色合成手段。 本论 文主要工作包括： 1CdS 纳米晶气凝胶的制备及其光催化性质研究 以微 乳液反胶束法获得的粒径为 5-10nm 的 CdS 纳米颗粒为骨架，利用表面硫醇偶联 制得了 CdS 湿凝胶。经过超临界 CO2 干燥后得到的块状 CdS 纳米晶气凝胶显示 了较大的比表面积（2022/g）和较高的孔洞率（047 ml/g） ，其平均孔径 为 63nm，属于介孔范围。利用自制的光催化装置对所得到的 CdS 气凝胶进行 了光催化性质的研究，实验证明它比纳米粉体和块体材料具有更高的光催化效 率。对不同晶形的 CdS 材料所做的光催化实验证明未经焙烧的 CdS 气凝胶展现 了最佳的光催化效率，而较低温度下形成的立方闪锌矿结构的 CdS 要比高温条 件下得到的六方纤维锌矿结构的 CdS 具有更好的光催化性，通过紫外吸收、比 表面积分析以及红外等表征手段对其原因进行了分析。 2透明块状 Gd2O3 气凝胶的制备及其性能表征 用廉价易得的氯化钆和硝酸钆作为前驱体，用环 氧化合物作胶凝剂，分别制备了半透明及透明的块状 Gd2O3 气凝胶。氮气吸附 解析测试表明样品具有大的比表面积（226/g）和高的孔洞率，平均孔径为 42nm，孔体积为 245ml/g。实验探索了 CO2 超临界干燥的最佳工艺条件，考 察了溶剂性质、溶剂用量以及不同的添加剂对实验过程及产物性质（包括透明 性、块体保持等）的影响。对 Gd2O3 凝胶分别采用超临界 CO2 和超临界乙醇进 行了干燥，并用 XRD、TEM 以及荧光光谱等技术对产物进行了对比分析。结果表 明，虽然样品经超临界乙醇处理后其荧光性得到了增强，但是凝胶的立体网络 结构遭到破坏，因而无法得到块状的 Gd2O3 气凝胶。对掺杂 Eu 的 Gd2O3 气凝胶 进行了荧光性质研究，结果表明此产物是一种较好的荧光材料，并且在一定范 围内，其荧光强度随 Eu 掺杂量的增加而增强。 3ZnO 气凝胶的制备与表征 因为通常使用的环氧化合物法仅限于制备高价态（+3）的金属氧化物气凝胶， 所以我们对这种方法加以改进，制得了价态为+2 的 ZnO 气凝胶，具体方法如下： 采用 Zn 的无机盐做前驱体，以柠檬酸为添加剂，以环氧化合物为胶凝剂，通过 溶胶-凝胶方法制得了 ZnO 湿凝胶，最后经超临界 CO2 干燥得到块状的 ZnO 气凝