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本论文介绍了利用同步辐射的X射线衍射(XRD),小角X射线散射(SAXS)和X射线吸收谱(XAS),系统的研究合成的几种纳米材料的结构,并且原位研究了GeO2纳米材料的结构随温度的变化。得到以下几个方面的重要结论。
1.利用水热法合成了CuxPt1-x纳米团簇和GeO2,也利用微乳液法合成了立方GeO2纳米颗粒。特别地,我们阐述了立方GeO2纳米颗粒的形状和尺寸随表面活性剂/水(Rw)和老化时间的变化,同时给出了纳米颗粒形成和成长的机制。
2.自行设计了一套加热炉,此加热炉能够进行原位加热的XRD,SAXS和XAS实验。应用这套装置我们完成了的GeO2纳米材料的原位加热研究。(a)使用这套加热设备对AOT包裹的立方GeO2纳米颗粒进行了原位加热研究。第一次发现可以在常压高温下从GeO2直接合成Ge-S键化合物。(b)原位加热研究把CTAB包裹的GeO2介结构中Ge-O键长随温度的减小解释为表面活性剂和Ge-O基材的相互作用。由于静电相互作用,阳离子表面活性剂CTA+排斥Ge4+吸引O2-离子,使制备态样品中的Ge-O键长增加,随着加热条件下CTAB的分解,这种静电相互作用减弱,Ge-O键长减小,并趋于a-GeO2相同。
3.(a)我们使用化学方法合成了LaMnO3+δ纳米材料。通过煅烧制备态样品,实现了样品从丝到棒再到球的形状转变,同时也实现了从LaOOH/MnOOH到La(OH)3/类Mn2O3的化合物再到LaMnO3+δ的结构转变。通过X射线衍射和EXAFS研究了这些样品的局域结构,我们发现制备了类MnOOH包裹的无定型La(OH)3纳米丝。随着煅烧温度增加,La(OH)3纳米丝失水坍塌,从而和类Mn2O3化合物反应形成LaMnO3+δ,La(OH)3坍塌致使样品发生从丝到棒再到球的形状转变,此过程中,LaMnO3+δ样品的原子结构不变,改变的只是各相的含量。文中的结果有助于我们理解纳米材料的形成机制,从而控制他们的形状。
4.我们通过醇-水还原的方法合成了CuxPt1-x纳米团簇。采用EXAFS和XANES技术研究了他们的局域原子结构和电子结构,发现其中的Cu原子部分被氧化为Cu的氧化物包裹在CuxPt1-x纳米团簇表面。另外,这些纳米团簇的电子结构与块体有很大的不同,我们排除了尺寸效应的影响,认为这种电子结构的不同可能是FCC贵金属纳米颗粒的重构引起的,但这些猜测还需要进一步研究。
5.利用EXAFS和XANES研究了Au3+和Pt4+在不同条件水溶液中的几何结构。发现[AuCl4]-以立方平面结构存在,并第一次给出了轴向水分子存在的证据和它对XANES的影响,以及发现轴向水分子的距离随pH值的增加而增加。而[PtCl6]2-贝以正八面体的几何结构存在,在[PtCl4(OH)2]2-中,PtCl4保持立方平面结构,两个取代的OH-位于轴向位置。还发现,XANES谱上的一个散射峰与八面体结构有关。