MSU细观结构纳米晶体氧化锆的合成及与稳定

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纳米晶的合成及与MSU细观结构稳定氧化锆

重点实验室重质油加工重点催化,中石油,中石油,东营257061,中国高校实验室,与ARC功能纳米材料中心,昆士兰大学,昆士兰4072,澳大利亚

收稿日期:四月26,2004,在最后的形式:七月25,2004

在非离子块共聚物表面活性剂的存在,与密歇根州立大学纳米氧化锆颗粒mesostruecture合成了一种新型固态反应路线。氧化锆纳米粒子具有一个孔壁,而呈现较高的热稳定性相比,非晶框架。为了进一步提高其稳定性,laponite,合成粘土,进行了介绍。Lapinite行为,也可以作为硬模板的孔结构作为一种晶体生长抑制剂。高比表面积和有序的孔道结构,观察在稳定氧化锆。结果表明,MSU细胞结构的形成是由于逆向六角聚集体,这是自身的结晶水和吸湿性与水中的固相合成系统的有机和无机物种组装的产品。

简介

氧化锆是一种特殊的过渡金属氧化物具有弱酸碱双功能特性。P型半导的表面上有丰富的氧职位空缺。高离子交换容量和氧化还原活动就有可能被使用在很多的催化剂,催化过程的支持者,促进者。另外,优越的化学稳定性,机械强度和离子交换能力是应用在陶瓷增韧有利,热障涂层,电子和氧传感器。

近几年,许多合成路线已提议为纳米介孔或由于其制备氧化锆的应用前景。使用阳离子表面活性剂,哈德森首次合成机制,通过一个棚架高表面积mesoporous氧化锆。阴离子表面活性剂也被用于介孔氧化锆synthesize,但无序的产物。英等人。获得两亲性表面活性剂的存在的层状和六方结构紊乱,并提出了配体辅助模板途径。板层和六角形,也可观察到介孔结构之间的长链长伯胺和无机物种相互作用。使用块共聚物模板。赵和同事证明,非常有序介孔氧化锆可在非水溶液合成。他们认为,可以通过液晶相相结合的机制块共聚物自与亚烃基的,而布林等无机金属氧化物络合组装形成的物种。建议水解和表面活性剂胶束左右,这在第一supermicropores形成,转化,导致治疗后热液孔聚合体的supermicro pores发生。近日,赵等。进一步发展了“酸碱对”路线准备立方氧化锆。

纳米晶材料的许多性质有根本的常规多晶材料不同,由于晶粒尺寸非常小。他们表现出实力的增强或硬度,提高塑性或韧性,增强扩散,增加棱角,这些都有助于在催化,电子,陶瓷利用的有利特性。这就是为什么纳米氧化锆吸引了过去二十年玉米粥研究的重视。虽然不同的纳米介孔金属氧化物或已成功地被利用,很少有报道on mesostructured墙壁或纳米晶纳米晶材料。这些材料应该有比那些只具有纳米有序介孔结构材料或更多的优势。

对于介孔氧化锆,纳米,热稳定性始终是一个具有挑战性的领域。许多研究人员试图改善这些材料的热稳定性。例如,硫酸或磷酸阴离子纳入到框架,以加强对细观结构框架的稳定。Aliovalent和四价掺杂,如钠,钙,钇+,Si4 +,铈,Th4 +,等等,都被用来加强纳米结构。的稳定被认为是掺杂离子之间和氧化锆或者上级通过大尺寸掺杂除了协调的强烈表面相互作用实现。

在这项工作中,第一次,与纳米氧化锆的MSU mesostucture通过合成了一种新型的固态反应路线一为结构导向剂块共聚物表面活性剂。为了提高介孔结构的热稳定性,laponite被引入到无机骨架。这项研究表明,这种新颖的合成方法也是很有前途的合成介孔金属氧化物和其他的laponite是一个良好稳定的介孔结构。

试验段

化工。嵌段共聚物,何(CH2XH2O)×(CH2XH(甲基)澳)Y型(CH2CH2O)晓华(星期六= 5800)和氧氯化锆(ZrOCl2.8H2O)均购自Aldrich公司和直接使用。Laponite(Na0.7 [(Si8Mg5.5Li0.3)Ø20(俄亥俄州)4] 0.7是由Fernz特种化学品,澳大利亚提供。

图1。氧化锆样品的XRD图。(插图)高角峰。

合成。在一个典型的合成,12.8氧氯化锆和一个块共聚物表面活性剂进行一定量的克精在一起,然后用迫击炮和604克的精氢氧化钠剧烈搅拌下反应。随之而来的产品被转移到一釜结晶。的结晶时间和温度变化对不同无机系统。结晶后,该产品的样品用乙醇洗涤两次分别在383 K干燥过夜,在450和600℃煅烧。

该方法样品准备稳定相似,以上。唯一不同的是,一定量的laponite精连同氧氯化锆和嵌段共聚物,然后与在氧氯化锆和吸湿水alkali.Crystalline水反应过程中氢氧化钠铣有助于表面活性剂胶束化进程。这种方法也可以适用于其他纳米金属氧化物合成盐体系。

表征。在77.3 K表氮吸附和解吸isothems进行与Autosorb - 1C号(Quantachrome,美国)在200℃下进行脱气后的10小时中孔尺寸分布计算从isothems脱附分支。低角和广角X 射线衍射(XRD)图谱,获得了布鲁克AXS(德国)使用管电压为40千伏有限公司Kα射线衍射仪和一管电流20 mA。透射电子显微镜(TEM)所拍摄的图像在明亮的场传输模式下,飞利浦CM200microscoope。瞬变电磁法的样品制备的粒子直接分散的超声分散处理的氧化锆碳网格。能量色散X射线(能谱)光谱采取连接到电子显微镜加坦探测器。扫描电子显微镜(SEM)考试是日本电子6400上执行。

图2。影响晶化氧化锆晶相的温度。结果与讨论

该粉末的XRD所合成和焙烧氧化锆在图1所示的模式。更广泛的小学低角峰是观察所合成的样品,也由TEM 图(图6)确认。无机框架,因为它是周期性的,在四方相根据在高角度的衍射峰纳米晶粒组成。微晶尺寸由Scherrer公式计算为1.5纳米。当在723 K时,低角度X射线衍射峰强度大大高于煅烧作为合成的样品为多,这表明细观结构得以保留。扩大的衍射被认为是源于远距离晶体订单或jinite规模效应不足。在透射电子显微镜照片(图6)表明,加宽的衍射这里是由于颗粒大小的影响,因为有对煅烧样品的大小增加至6.0纳米锐利的线条,介孔结构趋于减少873焙烧后的有序k因为低度角峰几乎消失,高角度线变得更窄,更清晰。这表明,在煅烧过程中的无机壁结晶导致了更多的无序孔道。我们注意到,仍然是纳米粒子的晶格结构更加煅烧后,再在较高温度下,它是由透射电子显微镜检查证实结晶排列。

纳米孔的大小和结构可以进行调整,通过改变结晶温度。它投到似乎从图2中的晶粒尺寸随温度的升高的结晶,而从四方相转变为单斜。四方相(t 相)稳定高达200一些单斜相(M期)℃。超过这个温度,开始进入M期T相转变,在250℃,完全转化发生。在这些温度下的纳米尺寸为5.0和54.2 nm的分别。这证实了以前的结论,即四方氧化锆的稳定是由于纳米尺寸。随着结晶温度的

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