三维有序大孔A2B2O7型复合氧化物材料的制备与应用

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三维有序大孔(3DOM)材料是近年来发展起来十分新颖的研究课题。由于其孔结构、孔壁材料组成乃至孔内化学环境可在很大范围内调变,在物理、化学等领域内有着十分诱人的广泛前景,如作为光子晶体、载体、催化剂、吸附、分离材料和电极材料等。胶晶模板法是制备3DOM材料的一种最常用方法,它一般有三个步骤,即组装胶晶模板、填充前驱物和去除模板得到3DOM材料。至今已用此法制备了许多3DOM材料,如金属、金属氧化物、半导体、高聚物和碳等。但3DOM材料研究目前尚处于初步阶段,许多困难需要进一步解决,特别是制备孔壁致密性好、强度高、三维周期性优良的大尺度3DOM材料是极具挑战性的课题。至今,制备方法、合成过程工艺还在不断的开发、优化,新型3DOM材料还在不断涌现。本研究力求创新性,试图开发新型的3DOM材料、新合成路线,主要研究内容和结果如下: 1、应用无乳化剂乳液合成方法,合成了粒径为260、277、583和640nm的单分散聚苯乙烯(PS)胶球,SEM观察表明,胶球粒径分布窄,单分散性相当好。组装成胶晶模板采用自然沉降法和离心法两种方法。所得到的胶晶都具有面心立方结构(fcc)特征,从胶晶规整性比较,自然沉降法优于离心法。 2、采用硝酸盐为前驱物溶液,制备了3DOM金属复合氧化物材料:La2Ti2O7、La2Zr2O7。实验结果表明,加入无水乙醇、柠檬酸,提高溶液对胶球润湿性,改善溶液渗透能力,避免粒子团聚,有利于有序大孔结构的形成。SEM观察显示,所得材料中大孔有序排列,大孔间由小孔相连,形成三维规则的笼状网络结构。XRD和EDS测试表明,大孔孔壁由纳米尺寸的金属氧化物粒子组成。这一研究表明,根据硝酸盐的物理化学性质,调整溶液组成,特别是加入柠檬酸,使金属离子生成热稳定性好的鳌合物,再选择合适的热处理温度,能得到大孔排列有序、三维规整性好的大孔结构材料。此法具有原料易得,操作简单的特点,是3DOM材料的一种新型高效制备路线。 3、本文利用胶晶模板法,制备出大孔的复合氧化物La2Ti2O7材料,对其作为光催化剂降解甲基橙的可能性进行了初步探索,运用XRD和SEM等表征手段考察了La2Ti2O7的相组成对光催化活性的影响。
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