过渡金属掺杂尖晶石结构ZnAl 2 O 4 纳米材料的制备与性能研究

发布时间：2022-10-19 08:46

　　由于纳米颗粒的体积小、比表面积大、表面原子占有率高、表面能高、表面具有未饱和键、悬空键的特殊电子结构,表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等特点,从而使其具有许多不同于传统材料的物理和化学等奇异特性。ZnAl2O4是一种典型的尖晶石结构的混合金属氧化物,属于直接宽禁带半导体材料（带隙宽度为～3.8 eV）,具有高机械和热阻性能、高的化学和热稳定性、低温烧结性、低表面酸性、疏水性、好的扩散和高量子产率等优异性能。ZnAl2O4在透明陶瓷材料、催化剂与催化剂载体、光学材料、电介质材料、传感器等领域都有着广泛的应用前景。另外,通过过渡金属离子掺杂可以调整半导体的晶体结构和能带结构,控制ZnAl2O4中的结晶质量、载流子和缺陷浓度,调控载流子的类型和浓度或者局部的载流子状况,合成均匀掺杂的ZnAl2O4纳米晶,进而达到有效改善掺杂ZnAl2O4的微观结构、光学、电学和磁学性能。本论文选用湿化学合成方法,通过Ni、Co、Fe、Cu和Mn等一系列过渡金属离子对ZnAl2O4的Zn离子和Al离子进行替代掺杂,并采用XRD、SEM、TEM、STEM-EDX Mapping、BET、F... 

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 尖晶石氧化物简介
        1.2.1 尖晶石氧化物的结构
        1.2.2 尖晶石氧化物的磁结构
        1.2.3 尖晶石氧化物的磁学性质
        1.2.4 尖晶石氧化物的光学性质
    1.3 稀磁氧化物的磁性机理
        1.3.1 超交换理论
        1.3.2 RKKY理论
        1.3.3 束缚磁极化子模型
    1.4 尖晶石氧化物应用
        1.4.1 电化学储能材料
        1.4.2 磁性材料
        1.4.3 颜料
        1.4.4 光学材料
        1.4.5 气敏材料
        1.4.6 催化剂
    1.5 尖晶石氧化物的制备方法
        1.5.1 高温固相法
        1.5.2 共沉淀法
        1.5.3 溶胶-凝胶法
        1.5.4 水热法
    1.6 ZnAl_2O_4及过渡金属掺杂ZnAl_2O_4的研究现状
        1.6.1 ZnAl_2O_4的研究现状
        1.6.2 过渡金属掺杂ZnAl_2O_4纳米材料的研究现状
    1.7 课题的创新性与研究内容
        1.7.1 课题的创新性
        1.7.2 研究内容
第2章 实验部分
    2.1 实验试剂与原料
    2.2 实验仪器及设备
    2.3 实验方案
        2.3.1 材料表征方法
        2.3.2 技术路线
第3章 不同制备工艺对ZnAl_2O_4光学性质的影响
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 样品制备
        3.2.2 表征手段
    3.3 结果与分析
        3.3.1 X射线衍射分析
        3.3.2 傅里叶红外光谱分析
        3.3.3 透射电子显微分析
        3.3.4 紫外可见光谱分析
        3.3.5 能带结构及能态分布的计算
        3.3.6 光致发光光谱分析
        3.3.7 色度图分析
    3.4 本章小结
第4章 Ni掺杂ZnAl_2O_4纳米材料的微观结构与光学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 样品制备
        4.2.2 表征手段
    4.3 结果与分析
        4.3.1 X射线衍射分析
        4.3.2 扫描电子显微分析
        4.3.3 透射电子显微分析
        4.3.4 X射线能谱分析
        4.3.5 比表面积和孔径分布分析
        4.3.6 傅里叶红外光谱分析
        4.3.7 X射线光电子能谱分析
        4.3.8 紫外可见光谱分析
        4.3.9 光致发光光谱分析
    4.4 本章小结
第5章 Co掺杂对ZnAl_2O_4纳米颗粒的微观结构与光学性能的影响
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 样品制备
        5.2.2 表征手段
    5.3 结果与分析
        5.3.1 X射线衍射分析
        5.3.2 透射电子显微分析
        5.3.3 X射线能谱分析
        5.3.4 傅里叶红外光谱分析
        5.3.5 X射线光电子能谱分析
        5.3.6 紫外可见吸收光谱分析
        5.3.7 光致发光光谱分析
    5.4 本章小结
第6章 Fe掺杂ZnAl_2O_4纳米颗粒的光学与磁学性能研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 样品制备
        6.2.2 表征手段
    6.3 结果与分析
        6.3.1 X射线衍射分析
        6.3.2 STEM-EDXMapping分析
        6.3.3 傅里叶红外光谱分析
        6.3.4 X射线光电子能谱分析
        6.3.5 紫外可见光谱分析
        6.3.6 能带结构及能态分布的计算
        6.3.7 光致发光光谱分析
        6.3.8 磁性能分析
    6.4 本章小结
第7章 Cu掺杂ZnAl_2O_4纳米颗粒的制备与光学性能研究
    7.1 引言
    7.2 实验部分
        7.2.1 样品制备
        7.2.2 表征手段
    7.3 结果与分析
        7.3.1 X射线衍射分析
        7.3.2 STEM-EDXMapping分析
        7.3.3 傅里叶红外光谱分析
        7.3.4 X射线光电子能谱分析
        7.3.5 紫外可见光谱分析
        7.3.6 光致发光光谱分析
    7.4 本章小结
第8章 Mn掺杂ZnAl_2O_4纳米颗粒的光学与磁学性能研究
    8.1 引言
    8.2 实验部分
        8.2.1 样品制备
        8.2.2 表征手段
    8.3 结果与分析
        8.3.1 X射线衍射分析
        8.3.2 STEM-EDXMapping分析
        8.3.3 傅里叶红外光谱分析
        8.3.4 X射线光电子能谱分析
        8.3.5 紫外可见光谱分析
        8.3.6 光致发光光谱分析
        8.3.7 磁性能分析
    8.4 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]Na+掺杂对锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4晶体结构和电化学性能的影响（英文）[J]. 王江峰,陈丹,吴伟,王丽,梁广川.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(10)
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本文编号：3693059