醇导向合成热稳定性有序纳米结构氧化锆的研究

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本文以ZrOCl2·8H2O为锆源,NaOH为沉淀剂,异丙醇为超分子模板,采用“回流-混合溶剂热法”制备了热稳定有序层状纳米结构晶态氧化锆。采用XRD、SEM、TEM对有序层状纳米结构氧化锆进行表征。首先,通过实验结果表明:回流-混合溶剂热法所制得的样品为立方相与单斜相的混合相有序层状纳米结构晶态氧化锆,混合溶剂热法所制得的样品仅为立方相与单斜相的混合相氧化锆,回流法所得氧化锆为非晶态的氧化锆,而且结晶度由高到低依次为混合溶剂热法,回流-混合溶剂热法和回流法。说明回流-混合溶剂热法很好的促进了异丙醇超分子模板诱导下的氧化锆成核、可控2-D生长和有序自组装。对比实验表明,异丙醇和乙醇具有相似的超分子模板作用。将所制备的样品放入马弗炉里500℃下空气中煅烧2 h处理,对其煅烧前后的样品进行表征,结果表明异丙醇导向合成的有序层状纳米结构氧化锆从晶体结构到有序层状纳米结构具有良好的多级热稳定性。其次,我们采用了在Materials Studio模拟计算软件中基于密度泛函的DMol3软件包建立结构模型,通过密度泛函理论计算并对合成有序层状纳米结构晶态氧化锆进行结构优化。在异丙醇模板导向合成热稳定性有序层状纳米结构氧化锆过程中异丙醇分子和氧化锆分子通过Zr-O配位键可以形成稳定的络合物,且所形成配位键的键长为2.39?,由计算可得形成的配位键的能量为25.5 kcal/mol,从而得出异丙醇模板剂对合成热稳定性有序层状纳米结构氧化锆具有有效的模板引导作用。通过对异丙醇模板分子与氧化锆晶格的(100),(110)和(111)的不同晶面形成的片晶结构进行计算,可得知异丙醇分子与氧化锆晶格的(111)晶面所形成的片晶结构能量最低且结构最稳定,从而可以得到由氧化锆晶格的(111)晶面形成稳定的晶片。最后,通过吉布斯成核自由能理论,成功地从热力学角度解释了异丙醇模板的作用和异丙醇导向合成热稳定性有序层状纳米结构氧化锆的合成机理。
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