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众所周知,纳米材料的形状和尺寸对其性质的影响十分显著。具有多级结构的纳米材料在光学、电学、催化、磁学以及力学等方面表现出了新的优良性质。因而,其合成引起了人们的广泛关注。本论文旨在探索具有多级结构氧化物的液相合成路线,利用草酸盐作为前驱体制备了SnO2纳米棒簇、SnO2亚微米管簇和绒球状的CO3O4等,并对它们的生长机理、结构和性质进行了较为系统的研究。主要结果如下:
利用草酸亚锡在乙二醇中的醇解反应制备了棒状前驱体,随后的热处理得到SnO2纳米棒。对其形成机制的研究表明草酸根与乙二醇之间存在着有利于形成高长径比SnO2纳米棒的协同作用。此外,在制备过程中,通过控制温度以及PVP的加入量,可以调控所得产物的形貌。
利用草酸亚锡晶体在不同溶剂中的溶解度的不同,通过溶解-重结晶方法成功地制备了草酸亚锡纳米棒的花状团簇,经热处理制得了SnO2纳米棒的花状团簇。整个反应过程简单,易于实现。在制备过程中,起始反应物的浓度、搅拌速率、聚乙二醇(PEG)的加入量以及滴加的二次水的体积等因素均可影响前驱体草酸亚锡的形貌。
将CdS纳米粒子负载在SnO2纳米棒簇上,并考察了CdS/SnO2纳米棒簇复合物在光电以及气体传感等方面的应用。结果表明,负载的CdS不仅可以增强复合物在可见区的吸收,还可以抑制光生电子和空穴的复合,从而提高了SnO2的光电转换效率。此外,用其制成的气敏传感器对乙醇具有较高的灵敏度,同时气体选择性也较好,具有一定的应用潜力。
利用草酸盐沉淀法制备了具有多级结构的Fe/SnO2复合物。研究表明,随着铁含量的增加,最终产物的形貌有所改变,并有偏聚或是脱溶析出的铁氧化物出现。与SnO2纳米棒簇制成的气敏传感器相比,用Fe/SnO2复合物制成的气敏传感器对乙醇和H2S气体具有较高的响应灵敏度,且响应值随着铁含量的增加而增大。此外,通过控制工作温度,可以提高Fe/SnO2气敏传感器的选择性。
通过控制乙醇溶液中SnCl2与草酸的反应,成功地制备出了形貌均一的SnO2亚微米管簇。整个反应过程简单,易于实现工业化生产,且不使用聚合物或表面活性剂等有机物,绿色环保。将制备的SnO2亚微米管簇应用到生物传感器、气敏传感器和锂离子电池等方面。结果表明,SnO2亚微米管簇能够有效地促进固定在其上的葡萄糖氧化酶分子与电极之间的电子转移,表明该材料在生物传感器领域具有很好的应用前景。在气敏性质方面,SnO2亚微米管簇对H2S气体表现出了相当高的响应灵敏度,对500 ppb H2S气体的响应值可达11。在电化学方面,SnO2亚微米管簇具有较高的首次放电容量,为941.2 mA.h·一,其不可逆损失为46.1%。通过草酸盐沉淀制备多级结构SnO2的方法可进一步拓展到多级结构CO3O4的制备中,得到了绒球状的CO3O4颗粒。改变起始反应物醋酸钴的浓度,可以改变CO3O4纳米棒簇集的密度以及纳米棒的直径。反应物浓度越大,纳米棒的簇集密度越高,而相应的纳米棒直径则越小。
除此之外,还利用SILAR方法(the successive ionic layer adsorption and reaction)在3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPS)修饰的玻璃基片上制备了CdS纳米薄膜。结果表明MPS修饰的玻璃基片易于CdS薄膜的生长,且薄膜均匀致密。