氮化钛与硫化镍纳米材料的化学合成与表征

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本文主要探索氮化钛和硫化镍的化学控制合成新路线,丰富和发展了高温合成和化学液相合成技术。通过镁热还原法在高压釜内成功的合成过渡金属氮化钛空心纳米笼,并对其生长的可能的机理进行了讨论。利用水热/溶剂热法制备了不同物相,不同形貌的硫化镍纳米晶。并对所制备的纳米材料的物性和形貌进行了鉴定和表征。主要内容总结如下:1.氮化钛集合了陶瓷和金属的性质,是一类非常富有潜力的耐高温结构材料、电子材料和催化材料,因而在基础研究和应用方面都引起了人们的极大兴趣。本工作在密封的高温反应釜中,以除过水的盐酸肼(N2H4·2HCl)为氮源,二氧化钛(TiO2)和镁(Mg)为原料,反应温度控制在300-500℃,成功制备了氮化钛空心纳米笼。据我们所知,这是首次合成氮化钛空心纳米笼。经研究发现反应温度对氮化钛空心纳米笼的产量有较大影响,反应温度提高有利于形成氮化钛空心纳米笼,而降低温度则空心纳米笼产率降低,得到不规则的氮化钛颗粒。所制备的氮化钛空心纳米笼直径大约在300到500 nm,壁厚大约在20到35 nm,而且它们的结晶性都很好。根据大量的TEM观察,进一步分析了这种空心纳米笼状物结构可能的生长过程和形成机理。当产物在没有任何处理之前的时候,我们会发现氮化钛纳米笼状物是实心的核壳结构,根据大量实验推测可能是氧化镁(MgO)的填充物。MgO可能是得到空心的纳米笼状结构的模版。只有产物在酸处理之后,才变成空心的纳米笼状结构。所制备的氮化钛空心纳米笼在空气中300℃之下有良好的稳定性,300℃之上会被氧化。在实验中,镁起了重要的作用,增加或减少镁的用量都得不到纯的氮化钛空心纳米笼。减少镁的用量时,产物中有杂质产生,但是有氮化钛空心笼;而当增加镁的用量时,产生纯的氮化钛,但是得到的形貌是颗粒,几乎没有空心笼。当别的还原剂,如钠替代镁的时候则得不到氮化钛,当不加镁的时候,也得不到氮化钛。当用叠氮钠作为氮源的时候,只能得到氮化钛纳米颗粒。2.硫化镍具有特殊的光电性质,而且是应用非常广泛的半导体材料,近年来成为研究热点。在我们的实验中以复合溶剂热为基础,以硫代氨基脲(CH5N4S)为硫源,以六水合氯化(NiCl2·6H2O)为镍源,在较低的温度下合成了不同形貌与不同物相的硫化镍(NiS)晶体。首先以乙二胺为溶剂,230℃在低温釜中制得三维花样的斜方菱形硫化镍(r-NiS)。在TEM观察的基础上,发现反应时间对花样硫化镍形貌产生影响。当时间增长,产物颗粒变大,还会产生团聚现象。其次,采用表面活性剂辅助的化学液相合成技术,在180℃水热条件下制得斜方菱形硫化镍纳米棒和纳米颗粒。再次,采用混合溶剂热合成技术,以混合溶液作为反应溶剂,控制温度在180℃,得到简单六方硫化镍(h-NiS)纳米球和纳米颗粒。
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