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具有纳米/微米结构无机功能材料的物理化学性质是与其化学组成、尺寸、物相、表面、形状、维度等因素紧密相关的。合理控制这些因素以得到或是调控人们预期材料的物理化学性质是当前材料学家研究的热点。开展这方面的研究可以帮助我们更好地理解晶体生长的复杂过程,揭示其潜在的基本理论,并最终实现按照人们的设计去合成各种功能材料。本论文以水热法为主要合成方法,在多元钨、钼酸盐的设计合成、形貌控制、形成机理、光催化性能和发光性质等方面进行了一些探索性的研究。本论文的主要研究内容可以归纳如下:
1.无模板水热方法合成了AgIn(WO4)2方形纳米管,提出了3D-2D-1D的生长机理。进一步研究了AgIn(WO4)2方形纳米管的光学及催化性质。发现AgIn(WO4)2方形纳米管是一种优良的白光材料,在白光LED照明方面有潜在的应用前景。在紫外光照射下,AgIn(WO4)2方形纳米管表现出比体相材料更高的降解水制备氢气的活性,可以达到775μmol·g-1·h-1(无共催化剂)和1300μmol·g-1·h-1(表面负载Pt)(相同条件下体相材料的7倍),光降解罗丹明B的能力是相应本体材料的两倍。
2.通过简单水热方法合成了分级自组装三维花状AgIn(MoO4)2纳米材料,影响材料最终形貌的主要因素有晶体的各向异性和反应物的浓度。分级自组装三维花状AgIn(MoO4)2纳米材料可以作为稀土离子掺杂的主体材料,当掺杂0.5%Nd3+、Er3+、Yb3+离子时在近红外区表现出相应离子的特征发射,在光放大和光通讯方面有潜在的应用前景。
3.运用水热方法合成了CuIn(WO4)2梭形和棒状两种纳米材料,纳米棒的形成归因于Oriented attachment生长机理。CuIn(WO4)2梭形和棒状两种纳米材料可以作为稀土离子掺杂的主体材料,当掺杂进入0.5%Nd3+、Er3+、Yb3+和Ho3+离子时在近红外区表现出相应离子的特征发射。关于钬的近红外发光光谱研究文献比较少,其1500nm波段发射覆盖了1420 nm到1550 nm的波谱范围,为光通讯中波分复用传输技术提供了令人满意的波段。
4.我们通过简单的水热方法得到了AgLa(WO4)2树枝状纳米晶,提出了扩散限制生长(DLA,diffusion-limited aggregation)模型。详细研究了AgLa(WO4)2:RE3+树枝状纳米晶在980nm激光激发下的上转换发光性质和发光机理。这种掺杂稀土纳米晶在980 nm激光激发下展示丰富的上转换发光颜色,显示了其在彩色显示、背光源、生物医学等领域有潜在的应用价值。
5.我们通过简单热分解贵金属盐方法合成了单分散贵金属及贵金属合金纳米晶,样品在常见的低极性有机溶剂中分散性很好,反应简单经济,无需添加还原剂等添加物。纳米晶的形貌可以通过调节实验温度实现可控。我们进一步研究了贵金属纳米晶催化不饱和柠檬醛加氢性能,其催化活性表现了形貌和溶剂的依赖性。