金属氧化物中空球的构建及机理的研究
本文选题:空心球 + 氧化铁 ; 参考:《大连交通大学》2015年硕士论文
【摘要】:模板法已成为合成纳米空心材料的一种有效且有发展前景的方法。目前,利用模板法已经成功制备多种零维、一维、二维、三维结构的纳米材料,并且提出了各种关于模板法制备空心材料的反应机理。本文采用以碳球为硬模板的方法,通过水解作用机理,制备氧化铁、氧化钴、氧化镍中空球形貌的纳米材料。系统的研究了反应工艺参数对产物形貌的影响。通过实验结果,分析了碳球以及这三种金属氧化物的形成机理,并且建立了晶体的生长模型。本文的主要内容概括如下:在制备碳球的过程中,本实验以葡萄糖为碳源,水热法合成碳球,并且进行反复水醇清洗,得到产物采用一系列手段进行表征,考察了不同反应时间、反应温度、乙醇添加量等因素对碳球的影响。在上述实验的基础上推断出碳球的生长机理,在整个生长过程中核聚力与表面能的相互协同作用机理起到了关键的作用。水热反应是以开始生成的碳微粒为核,使碳元素逐渐吸引生长到一起,这种吸引力为核聚力,随着压力的适度增加,反应内分子聚集成核的几率更大,粉体的晶格畸变主要是由于样品受表面能和表面张力的作用而引起的,通过纳米晶体的热力学基本特征定性解释了碳球的形成过程,并运用此机理解释了各种反应因素对产物形貌的影响。在水溶液体系中,以碳球为模板,氯化铁水解特性,采用氯化铁直接水解法将铁的氢氧化物包覆在碳球表面,经过高温煅烧形成空心球状氧化铁材料。采用一系列手段进行表征,考察了反应温度、反应时间、氯化铁摩尔浓度等因素对氧化铁形貌的影响。在实验的基础上,推断了前驱体包覆碳球的形成机理,并且通过机理阐述了反应因素对产物的影响。在体系的包覆过程中,溶液pH值变化与颗粒的带电性起到了关键作用,通过此机理,溶液中形成的球核吸附到碳球的表面,随着反应时间的延长,碳球表面颗粒逐渐增多,最终完成包覆过程。以尿素与钴盐、镍盐作为反应物,采用以碳球为模板的方法,分别制备氧化钴空心球和氧化镍空心球。通过尿素水解所产生的氢氧化物沉淀包覆在碳球表面形成前驱体,再通过煅烧处理得到产物,采用一系列手段对产物进行表征,考察了盐与尿素的摩尔比、反应时间、反应温度等因素的影响,在体系的生长过程中,离子强度以及离子的带电变化决定了产物的形貌,早期阶段为聚集生长方式占主要优势,随后为溶质分子的连续方式为主要方式。所以,在整个均匀沉淀过程中,溶液粒子都经历了:成核-聚集生长-连续生长过程。
[Abstract]:Template method has become an effective and promising method for the synthesis of nano-hollow materials. At present, many kinds of nanomaterials with zero dimension, one dimension, two dimension and three dimensional structure have been successfully prepared by template method, and various reaction mechanisms of hollow materials prepared by template method have been put forward. In this paper, the morphology of iron oxide, cobalt oxide and nickel oxide hollow spheres was prepared by using carbon ball as hard template and hydrolysis mechanism. The effect of reaction parameters on the morphology of the product was studied systematically. Based on the experimental results, the formation mechanism of the carbon sphere and the three metal oxides were analyzed, and the crystal growth model was established. The main contents of this paper are summarized as follows: in the process of preparing carbon spheres, the carbon spheres were synthesized by hydrothermal method using glucose as carbon source, and the product was characterized by a series of methods. The effects of different reaction time, reaction temperature and the amount of ethanol on the carbon spheres were investigated. On the basis of the above experiments, the growth mechanism of carbon spheres is inferred. The synergistic mechanism between nuclear cohesion and surface energy plays a key role in the whole growth process. Hydrothermal reactions take the starting carbon particles as the nucleus, allowing the carbon element to gradually attract and grow together. This attraction is nuclear cohesion, and with a moderate increase in pressure, the probability of molecules gathering to nucleate in the reaction is greater. The lattice distortion of powders is mainly caused by the surface energy and surface tension. The formation process of carbon spheres is explained qualitatively by the thermodynamic characteristics of nanocrystalline. The influence of various reaction factors on the morphology of the product was explained by this mechanism. In aqueous solution system, the hydroxide of iron was coated on the surface of carbon ball by direct hydrolysis of ferric chloride with carbon ball as template, and the hollow spherical iron oxide was formed by calcination at high temperature. The effects of reaction temperature, reaction time and the molar concentration of ferric chloride on the morphology of ferric oxide were investigated by a series of methods. On the basis of the experiments, the formation mechanism of the precursor coated carbon spheres was inferred, and the influence of reaction factors on the products was explained through the mechanism. In the process of coating, the change of pH value of solution and the charge property of particles play a key role. Through this mechanism, the spherical nuclei formed in the solution adsorb to the surface of the carbon sphere, and with the increase of reaction time, the particles on the surface of the carbon sphere gradually increase. Finally, the coating process is completed. Cobalt oxide hollow spheres and nickel oxide hollow spheres were prepared using urea cobalt salt and nickel salt as reactants and carbon spheres as template respectively. The hydroxide precipitated by urea hydrolysis formed the precursor on the surface of the carbon sphere, and then calcined to obtain the product. The product was characterized by a series of methods. The molar ratio of salt to urea and the reaction time were investigated. Under the influence of reaction temperature and other factors, the morphology of the product was determined by the changes of ionic strength and ion charge during the growth process of the system, and the early stage was dominated by the aggregation growth mode. Then the continuous mode of solute molecule is the main way. Therefore, in the whole homogeneous precipitation process, the solution particles undergo a process of nucleation, aggregation growth and continuous growth.
【学位授予单位】:大连交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ123.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 陈金妹;谈萍;贾文鹏;赵培;李亚宁;;金属空心球的研究进展[J];热加工工艺;2012年18期
2 贺军辉;陈洪敏;张林;;无机微/纳空心球[J];化学进展;2007年10期
3 陈兴田;周国永;邓志勇;;无机微/纳空心球材料的制备及应用进展[J];广州化工;2010年09期
4 宋宏伟;李翔龙;张楚;;火花放电制备微纳空心球粉的工艺研究及分析[J];现代制造工程;2011年11期
5 ;国外科技消息[J];科技简报;1972年01期
6 吴鹤翔;刘颖;祝瑛;;软硬交错金属空心球泡沫动力学性能研究[J];工程力学;2014年07期
7 吴鹤翔;刘颖;张新春;杨帅;;点阵结构对具有密度梯度的三维空心球泡沫冲击性能的影响[J];工程力学;2011年12期
8 冯质壮;刘琴;董海玲;王纪元;李文智;;二氧化硅空心球的制备及研究[J];精细与专用化学品;2012年02期
9 王衡;邹友德;刘文君;范绍林;;“复合焊”方法在网架空心球上的应用[J];焊接技术;1993年03期
10 王少恒;杨震琦;管公顺;庞宝君;陈海波;;空心球/铝合金复合材料动态压缩性能与损伤破碎特性[J];高压物理学报;2013年03期
相关会议论文 前10条
1 罗媛媛;段国韬;李广海;;硫化锌空心球的拉曼和荧光特性[A];2007年全国博士生学术论坛(材料科学与工程学科)论文集[C];2007年
2 胡彦杰;李春忠;顾峰;刘杰;;多重射流燃烧反应制备钛掺杂氧化铝空心球及其机理研究[A];第八届全国颗粒制备与处理学术和应用研讨会论文集[C];2007年
3 吴鹤翔;刘颖;;软硬交错金属空心球泡沫动力学性能的研究[A];第五届全国计算爆炸力学会议论文摘要[C];2012年
4 谭强;王兵;陈东;郑义;肖翔;张宁;张栋;;氧化锆空心球粉中试生产及应用技术研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
5 乔聚甫;赵明;;大型焊接空心球的制作与应用[A];第十届空间结构学术会议论文集[C];2002年
6 甘治平;官建国;;软模法制备无机空心球[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
7 甘治平;官建国;;软模法制备无机空心球[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
8 詹茂盛;王瑛;田立云;;聚丙烯/硅-铝空心球增强材料的力学性能[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
9 程勋亮;胡鸣;刘紫薇;曾毅;张青红;姜继森;;液/液界面协助水热法制备十二面体组装成的榴莲状α-Fe_2O_3空心球[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
10 刘冲;;受拉焊接空心球节点的几个问题[A];第二届空间结构学术交流会论文集(第二卷)[C];1984年
相关重要报纸文章 前7条
1 文非;陶瓷聚空心球生产规模化[N];中国化工报;2014年
2 记者 徐瑞哲;比细菌还小的“胶囊”在沪诞生[N];解放日报;2007年
3 宗信;金属纳米空心球催化剂研究获突破[N];中国化工报;2004年
4 记者 任琳娟 通讯员 李治梅;五项目达国际水平[N];邯郸日报;2011年
5 记者 郭伟;邯郸陶瓷新材料领域连获5成果[N];河北日报;2011年
6 山东日照市新营小学 苗壮;兴趣是最好的老师[N];中国体育报;2004年
7 记者 许琦敏;水中模板巧套纳米多层球[N];文汇报;2007年
相关博士学位论文 前10条
1 杜鹏程;多功能聚合物空心球的制备及其在药物控制释放中的应用[D];兰州大学;2015年
2 余为;金属空心球材料组元力学性能及结构设计[D];燕山大学;2011年
3 张幼维;生物相容及环境响应亲水性胶束和空心球的制备、表征和初步应用研究[D];复旦大学;2005年
4 王宪;二氧化硅核壳结构及无机氧化物空心球的构筑[D];华南理工大学;2010年
5 乔菁;粉煤灰空心球/聚脲复合材料粘弹性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 刘伯洋;空心微纳米碳材料的低温合成与表征[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 刘纯;无机纳米空心球可控制备及其环境保护方面的应用研究[D];江苏大学;2012年
8 张海礁;炭及氧化物空心球材料的RF模板法制备及其结构与性能[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 甘治平;单分散钡铁氧体亚微空心球的制备研究[D];武汉理工大学;2006年
10 万勇;二氧化硅空心球及核壳结构的制备与形成机理研究[D];中国科学技术大学;2007年
相关硕士学位论文 前10条
1 肖慕;ZnO基纳米空心球的制备及性质研究[D];浙江大学;2015年
2 曾祥云;高效光催化金属氧化物空心球的制备及其性能研究[D];兰州大学;2015年
3 刘超;金属氧化物中空球的构建及机理的研究[D];大连交通大学;2015年
4 高觉渊;苯基二氧化硅空心球及空心球/聚苯醚复合材料的制备与性能[D];华南理工大学;2011年
5 李爱玲;纳米孔洞金属—有机骨架空心球的制备及其应用研究[D];安徽大学;2013年
6 吉钰纯;无机纳米空心球的制备及其功能化研究[D];武汉工程大学;2011年
7 王志琰;纳米磁性二氧化硅空心球的制备及其在载药方面的应用[D];北京化工大学;2010年
8 乐琴;超轻二氧化硅空心球的制备及其应用[D];武汉理工大学;2011年
9 赵伟伟;金属氧化物空心球的制备及其电化学性质初步研究[D];南京航空航天大学;2008年
10 张鹏程;空心球轻质结构的力学性能研究[D];大连理工大学;2006年
,本文编号:1862602
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/1862602.html