不同形貌纳米氧化物的制备及性能研究

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1、分类号学号D201277177学校代码10487密级博士学位论文不同形貌纳米氧化物的制备及性能研究学位申请人：查汝华学科专业：材料学指导教师：郭新教授答辩日期：2015年5月13日ADissertationSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringNanostructuredOxideswithUnusualMorphologies:SynthesisandPropertiesCandidate:Ru-HuaZhaMajo

2、r:MaterialsScienceSupervisor:Prof.XinGuoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.Chinath13May,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。近我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文

3、作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权数。本论文属于不保密☑。（请在以上方框内打―√‖）作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要特殊形貌的纳米结构，往往赋予材料特殊的光、电

4、、磁等性能，尤其在光催化降解污染物、染料敏化太阳能电池、气体传感器等诸多领域显示出极大的潜在价值。近年来在纳米结构控制领域取得一定的进展，但获得形貌和尺寸随意调控的纳米结构仍然是一个挑战，需深入研究。本博士论文工作选用TiO2、ZnO、SiO2等材料作为研究体系，根据性能需要合成了特定形貌的纳米材料，并研究其在水处理、光催化、力学、热学等方面的应用，努力探索物质的结构与性能之间的联系。主要研究内容如下：1．不同形貌纳米TiO2的合成与表征：以TiF4为钛源，利用乙醇作为溶剂，采用溶剂热法合成了一系列的不同形貌和尺寸的纳米T

5、iO2颗粒。对这些不同形貌纳米TiO2颗粒的合成过程进行深入研究发现，定向吸附、奥斯特瓦尔德熟化、湿法刻蚀等理论被用来解释其形成机理。研究发现，在合理的机理指导下，控制反应体系的物质组成、反应温度及pH等因素可以更好地控制形貌。研究表明，本实验提供了一种普适的方法，可以应用于合成不同形貌的纳米氧化物。2．特殊形貌TiO2的合成及吸附Cd(II)的性能研究：成功地制备了两种高比表面积的TiO2颗粒，即蒲公英和球花。蒲公英和球花的形成过程表明，在蒲公英状TiO2的演化过程中，其晶体生长过程逐渐转变成动力学控制过程，活性的纳米粒

6、子优先在微球表面生长。以卤化物作为形貌控制剂，沿特定方向生长，最终形成蒲公英状的结构；而球花状的TiO2颗粒是由多层纳米片层叠加形成的产物，其形成机理可以分为聚集、溶解-结晶和奥斯特瓦尔德熟化三个阶段。水处理研究表明，这两种特殊形貌的TiO2均是高效的治污纳米材料。3．TiO2/ZnO纳米异质结的制备及其光催化性能的研究：利用溶剂热法成功地制备了两种不同形貌的TiO2/ZnO异质结，为特殊形貌异质结的合成提供了一种有效的方法。TiO2/ZnO异质结中TiO2与ZnO的耦合增加了载流子的寿命，并提高了界面电荷的分离效率。光催

7、化研究表明，两种异质结均表现出优异的光催化活性和可循I华中科技大学博士学位论文环使用性。同时，为特定功能材料的合成做了一些尝试性的探索。4．单一维度纳米结构环氧树脂复合材料的性能研究：利用介孔SiO2作填料来改性环氧树脂，并对复合材料的力学、热学、介电等性能进行研究。结果表明，具有高比表面积的介孔SiO2可以提高复合材料的拉伸模量、拉伸强度、韧性等；同时，其储能模量和玻璃化转变温度(Tg)降低。5．多维度纳米结构环氧树脂复合材料的性能研究：利用二维蒙脱土的片层结构与纳米TiO2的球形结构与环氧树脂基体相结合，充分利用不同维

8、度填料的协同效应，来提升复合材料的综合性能。尤其是所合成的TiO2纳米粒子具有高的比表面积，能赋予材料更多的活性位点，这将有利于促进纳米填料与环氧树脂基体之间的界面相互作用，从而形成新的立体交联网络来提高材料的性能。研究表明，不同维度复合材料的力学、热学、介电等性能都有全面的提高。这种协同效应的机理也有