纳米锰氧化物水热法合成及其生长机理的探究
本文关键词: 锰氧化物 纳米材料 表面活性剂 生长机理 出处:《重庆大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:锰氧化物是重要的过渡金属氧化物,因其晶体结构具有特殊的隧道结构和片层结构,在催化、电化学、离子交换和分子吸附方面都有着广泛的应用。利用纳米材料的特殊效应,在纳米尺度范围内,控制锰氧化物的晶型、尺寸和形貌,能更有效地提高纳米锰氧化物的性能。进而,如何控制纳米锰氧化物的尺寸和特殊形貌成为了研究热点。制备纳米锰氧化物的方法越来越多,水热法因操作简便、成本低廉在研究中得到广泛应用。因此,在纳米锰氧化物的研究领域内,如何通过水热法来制备可控晶型和形貌的纳米锰氧化物成为了一个重要的研究方向。本文选择最常见的反应物锰酸钾,作为水热反应的前驱体。通过水热反应,制备得到具有不同的晶型和形貌的纳米锰氧化物。研究水热反应的反应物种类、反应物浓度比、表面活性剂的种类、表面活性剂的浓度及溶液的酸碱度,对制备纳米锰氧化物的影响。实验中使用的主要检测和分析手段有:X射线衍射分析(XRD)和扫描显微分析(SEM),对水热反应得到的产物进行晶型的确定和形貌的观察,结合现有理论和以往的研究,得到研究结果如下:在无表面活性剂添加的前提下,控制锰元素的浓度不变,改变高锰酸钾和硫酸锰的浓度比,随着高锰酸钾浓度的增加,硫酸锰浓度的降低,得到了β-Mn O2纳米棒状结构、α-Mn O2纳米线状结构和δ-Mn O2纳米花状结构。高锰酸钾电离出的钾离子对纳米二氧化锰结晶形核有重要的影响。形核后,形成的隧道结构晶体会沿着形成的隧道结构更加稳定的方向加速生长;形成片层状的纳米片的亚稳定结构和表面能降低的趋势的共同作用下促使纳米片组成的纳米墙瓦解,形成纳米花状结构。加入表面活性剂柠檬酸三钠,保持高锰酸钾浓度不变。柠檬酸三钠电离在溶液中呈碱性,具有还原性,对Mn OOH纳米线形成与瓦解有重要的影响。柠檬酸三钠具有分散性,在部分锰元素还原为正二价的时候,会吸附在形成的Mn3O4晶体表面,抑制其晶粒的生长,最终得到了零维Mn3O4纳米颗粒。加入表面活性剂CTAB,保持高锰酸钾浓度不变,CTAB达到临界胶束浓度形成不同形状的胶束。CTAB形成球状胶束的时候,促进Mn OOH纳米线的形成;形成层状胶束的时候,吸附在其形成的纳米颗粒八面体的{111}面上降低{111}表面能,使暴露出来的{111}面继续生长,最终形成Mn3O4纳米八面体结构。但在中性水溶液中,无法抑制球状胶束的形成,进而无法得到纯净的Mn3O4八面体。改变初始溶液的酸碱度,p H7,Mn3O4溶于盐酸,无法形核;p H7,球状胶束无法形成。在p H=10的时候,形成了纯净的Mn3O4纳米八面体结构。
[Abstract]:Manganese oxide is an important transition metal oxide, its crystal structure has a special structure of tunnel and lamellar structure in catalysis, electrochemistry, ion exchange and molecular adsorption has been widely used. The use of special effect of nanomaterials at nanometer scale, crystal control of manganese oxide, size and morphology that can effectively improve the performance of nano manganese oxide. Then, how to control the size of nano manganese oxide and special morphology has become a research hotspot. The preparation of nano manganese oxide method is more and more, the hydrothermal method has simple operation and low cost in research has been widely used. Therefore, in the research field of nano manganese oxide how, for controlled synthesis of nano manganese oxide crystal structure and morphology has become an important research direction by a hydrothermal method. The most common reaction of potassium manganate, as hydrothermal reaction Should be the precursor. By hydrothermal reaction, preparation of nano manganese oxides with different crystal phase and morphology. Research on hydrothermal reaction of reactants, concentration of reactant ratio, surfactant type, concentration and surfactant solution pH, the effect of preparation of nano manganese oxide. The experiment mainly used in detection and analysis methods: X ray diffraction (XRD) analysis and scanning electron microscope (SEM), were observed and determined the crystal morphology of product from hydrothermal reaction, combined with the existing theory and previous research, the results obtained are as follows: in the absence of surfactant added under the premise of concentration control of the Mn concentration change unchanged, Potassium Permanganate and manganese sulfate ratio, with the increase of the concentration of Potassium Permanganate, reduce the concentration of manganese sulfate, beta -Mn O2 nanorods were obtained, a -Mn O2 nanowire structure and -Mn nano O2 The flower like structure. The Potassium Permanganate ionized potassium has an important influence on the crystal nucleation of nano manganese dioxide. After nucleation, crystal formation of tunnel structure along the tunnel structure form more stable direction of the accelerated growth; interaction trend of metastable structures forming sheet nano lamellar and surface can reduce the the nano film composed of nano wall collapse, the formation of flower like nanostructures. Adding surfactant citric acid three sodium, keep Potassium Permanganate concentration constant. Three citric acid sodium ionization is basic in solution, is reductive, has an important influence on the formation and collapse of Mn OOH nanowires. Three citric acid sodium with dispersion when part of the manganese reduction, is two of the price, can be adsorbed on the surface of Mn3O4 crystal formation, inhibit the grain growth, finally got zero dimensional Mn3O4 nano particles. The addition of surfactant CTAB, keep high The potassium permanganate concentration unchanged,.CTAB CTAB micelle reached the critical micelle concentration of different shapes are formed when the formation of spherical micelles, promote the formation of Mn OOH nanowires; when the formation of lamellar micelle adsorption, reduce the surface energy of {111} nanoparticles in the formation of the eight face of {111} on the surface of the {111} surface exposed to growth. The final formation of nanometer Mn3O4 eight structure. But in neutral aqueous solution, the formation of spherical micelles could not suppress, and cannot get the pure Mn3O4 eight surface. Changing the initial pH value of solution, P H7, Mn3O4 dissolved in hydrochloric acid, not p nucleation; H7, spherical micelles cannot be formed when p H=10. The formation of pure Mn3O4 eight nano structure.
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.1;O614.711
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 李汶军,施尔畏,郑燕青,殷之文;晶体的微观生长机理及其应用[J];人工晶体学报;2000年S1期
2 肖婷蔓;谢刚;杨大锦;王彦军;李永佳;;大尺寸单针状氧化锌晶体的制备及生长机理[J];有色金属(冶炼部分);2006年04期
3 樊自栓,刘海飞,周玉珍;碳化硅晶须生长机理的研究[J];北京矿冶研究总院学报;1992年02期
4 赵省绪,庄思永;T-颗粒的生长机理的发展[J];感光材料;1999年S1期
5 袁晰;叶红齐;刘辉;;片状α-Fe_2O_3的制备及其生长机理[J];中南大学学报(自然科学版);2010年05期
6 徐宇桑;陈建铭;宋云华;;水热控制合成球形碱式磷酸铁及生长机理研究[J];人工晶体学报;2013年09期
7 张旭东;莫来石晶须的生长机理研究[J];陶瓷学报;1998年02期
8 宋祖伟;李旭云;曲宝涵;戴长虹;;碳化硅晶须合成工艺与生长机理的研究[J];莱阳农学院学报;2005年03期
9 宋祖伟,戴长虹,翁长根;碳化硅晶须的生长机理与制备方法[J];青岛化工学院学报(自然科学版);2001年03期
10 王先锋,贺岩峰;锡须生长机理的研究进展[J];电镀与涂饰;2005年08期
相关会议论文 前10条
1 马天宝;;一维线形碳链结构的生长机理[A];2009年全国青年摩擦学学术会议论文集[C];2009年
2 唐沛;高勇军;马丁;;氮掺杂氧化石墨材料的生长机理及其催化性能研究[A];第十四届全国青年催化学术会议会议论文集[C];2013年
3 张莹;田鹏;刘中民;;带有孔洞的六棱柱形微孔磷酸盐晶体的合成及生长机理研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
4 张泽;;硅、硼纳米线的显微结构及生长机理研究[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
5 李汶军;施尔畏;殷之文;;离子晶体生长机理及其生长习性[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
6 尹秉胜;江庆宁;吴德印;田中群;;晶种生长制备金纳米立方体的三阶段生长模型和生长机理[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
7 张永亮;吴强;蔡婧;王喜章;胡征;;相平衡主导的气-液-固生长机理[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会:能源纳米科学与技术[C];2014年
8 王喜章;何承雨;吴强;胡征;;相平衡控制的气-液-固(VLS)生长机理研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
9 陈加希;谢刚;杨大锦;许春富;俞小花;李荣兴;;四针状氧化锌晶须生长机理及生长过程研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2010年
10 杨晴;牛海霞;唐凯斌;谢毅;孙凤艳;赵道利;;氧化物多孔纳米材料的制备与生长机理研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
相关博士学位论文 前10条
1 潘启发;硅油表面铝纳米结构的生长机理及特性研究[D];浙江大学;2015年
2 王思浓;钼基有机—无机杂化一维纳米功能材料的设计合成、生长机理、转化及性能[D];复旦大学;2014年
3 季旭;Ⅲ族氮化物低维纳米结构的可控制备及生长机理研究[D];兰州大学;2012年
4 张乾;具有对称结构的螺旋碳纤维和多枝状碳纤维的制备及生长机理研究[D];青岛科技大学;2009年
5 夏敏;硅—碳—氮—钨系耐高温—维纳米材料的调控合成、表征及生长机理研究[D];西南交通大学;2013年
6 李金隆;BST类铁电薄膜生长机理与应力调制研究[D];电子科技大学;2005年
7 李为;若干生物聚合物/无机盐复合物的形貌调控及生长机理研究[D];复旦大学;2010年
8 王春雷;水相半导体纳米晶的设计制备与生长机理研究[D];吉林大学;2008年
9 喻志阳;富硼低维材料的制备、表征与生长机理研究[D];清华大学;2011年
10 刘蕾;聚合电解质与界面效应协同控制下碳酸盐的合成及生长机理研究[D];中国科学技术大学;2011年
相关硕士学位论文 前10条
1 曹玮;利用铜基纳米材料制备金属有机框架物及其生长机理研究[D];浙江大学;2015年
2 梁朋;利用固相碳源协同作用制备碳纳来管及其生长机理的研究[D];北京化工大学;2015年
3 许思博;纳米TiO_2的水热合成及其生长机理研究[D];重庆大学;2015年
4 丁雪征;纳米锰氧化物水热法合成及其生长机理的探究[D];重庆大学;2015年
5 权琰;有机—无机层状材料的生长机理研究[D];浙江大学;2013年
6 王佳佳;电沉积锌/氧化锌薄膜及生长机理[D];吉林大学;2011年
7 孙佳伟;硫属化合物纳米材料的水热合成及生长机理研究[D];山东大学;2012年
8 葛销明;PdNiP非晶合金薄膜的制备及其生长机理[D];浙江大学;2007年
9 徐一飞;两类硬组织自组装结构的生长机理研究[D];南京大学;2012年
10 郝昕;一维ZnO材料的生长机理及其光电性能的研究[D];电子科技大学;2008年
,本文编号:1461311
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/1461311.html