纳米二氧化锆颗粒的合成及形成机理的研究

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1、学校代码：10255学号：2110450东华大学DONGHUAUNIVERSITY硕士学位论文MASTERTHESIS纳米二氧化锆颗粒的合成及形成机理的研究SYNTHESISOFZIRCONIANANOPARTICLESANDFORMATIONMECHANISM学科专业：生物化工作者姓名：刘力指导教师：周兴平答辩日期：2014年01月07日万方数据万方数据附件一：东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中

2、已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据万方数据附件二：东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学

3、位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据纳米二氧化锆颗粒的合成及其形成机理的研究摘要二氧化锆（ZrO2）因其良好的物理和化学性能，可应用于陶瓷、催化、传感器、耐火材料以及耐磨材料等领域。纳米二氧化锆的油溶性的修饰将极大扩展其应用范围，如油溶性的纳米ZrO2颗粒可以作为油相反应的催化剂或催化剂载体，扩大催化应用范围；也可用作润滑油添加剂，提高其耐磨性能等。二氧化锆有三种晶型，应用较为广泛是四方晶型的二氧化锆（t-Z

4、rO2）和单斜晶型的二氧化锆（m-ZrO2）。不同晶型的纳米ZrO2颗粒的生长机理不同，可以通过不同的合成方法及合成条件来调控晶型。常见的制备方法有共沉淀法、水热法、微乳液法等。共沉淀法和水热法制备的纳米二氧化锆颗粒通常为亲水性的，使其在油相中的应用受到了限制；微乳液法制备的纳米二氧化锆颗粒可为亲油性的，但产物需要焙烧才能得到相应的晶型。而最近新发展的油水界面法具有操作简单、反应条件温和、成本低、无需焙烧即可获得结晶良好的油溶性纳米颗粒等优点。本论文主要采用油水界面法合成晶型可控、均匀的油溶性纳米ZrO2颗

5、粒并研究其形成机理。本文较详细讨论了反应温度、体系NaOH浓度、反应时间等条件对纳米ZrO2颗粒形成及相转变的影响；着重研究了向反应体系添加相应种晶对产物的晶型和尺寸的影响；深I万方数据入探索了油水界面法与种晶法相结合制备纳米ZrO2颗粒的合成及相转变机理。本论文的主要研究成果如下：（1）采用油水界面法制备了油溶性纳米t-ZrO2颗粒，其最佳合成条件为：反应温度100℃、体系NaOH浓度3.0M、反应时间24h。所得颗粒为球状且分散性较好、粒径均一，平均大小为4.0nm。颗粒随反应温度的升高而增大，随体系N

6、aOH浓度的升高而减小。（2）采用油水界面法成功制备了油溶性纳米m-ZrO2颗粒，其最佳合成条件为：反应温度180℃、体系NaOH浓度3.0M、反应时间24h。所得颗粒为纺锤状且分散性较好，平均大小为491.8×154.3nm。颗粒粒径随反应温度、体系NaOH浓度的增加而增大。（3）在油水界面法制备纳米ZrO2颗粒的过程中，反应温度、体系NaOH浓度以及反应时间对晶型间的转变有重要影响。其中反应温度对晶型起着主要的影响，高于140℃时为m-ZrO2颗粒；在低于该温度时，体系NaOH浓度低于1.0M时为t-Z

7、rO2和m-ZrO2的混合物，体系NaOH浓度高于1.0M时为t-ZrO2颗粒。（4）首次将种晶法与纳米ZrO2颗粒的制备相结合，在不改变其他反应条件的情况下，通过向反应体系添加不同晶型的小颗粒种晶，可在较低的温度和体系NaOH浓度下得到相应晶型的纳米颗粒。种晶的加入不仅可以改变产物的晶型，而且颗粒粒径随种晶添加量的增多而减小。（5）本文初步提出了油水界面法制备纳米二氧化锆颗粒的合成II万方数据-及其相转变机理。当油酸氧锆与OH在界面上反应后，前驱体(x-4)-Zr(OH)x(x=5)和Zr(OH)4在界面

8、上形成ZrO2单体，在适当的条件下，形成亚稳定状态的t-ZrO2晶核。在ZrO2晶体颗粒生长的过程中，ZrO2单体的表面沉积、油酸根的表面吸附以及晶核间自发的团聚三者之间存在着激烈的竞争，且单体的表面沉积所降低的表面能要大得多。所以当反应温度较低且体系NaOH浓度较高时，ZrO2单体的表面沉积能够降低颗粒的表面能，产物生长为t-ZrO2颗粒；当反应温度较高或体系NaOH浓度较低时，单体的表面沉积不足以降低颗粒的表