纳米粉体水热制备机理的原位研究-上海大学.pdfVIP

Chinese Journal of Nature Vol. 38 No. 6 PROGRESS doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2016.06.007 纳米粉体水热制备机理的原位研究* ① ①②† ①†† 张良苗 ，罗宏杰 ，高彦峰 ①上海大学材料科学与工程学院，上海200444 ；②上海大学材料基因组工程研究院，上海200444 摘要 水热合成法在制备纳米粉体材料方面具有许多独特的优势，但是由于反应在密闭容器中进行，很难研究清楚反应机 理和动力学过程。利用原位检测技术，我们能够实时在线地监测反应过程，获得反应前驱体、相转变以及短寿命中间相的 信息，更好地理解成核、结晶生长等动力学过程，进而为材料的可控制备提供依据。根据近年来国内外研究进展，本文全 面介绍了基于同步辐射光源的能量色散分辨X射线衍射(EDXRD)、角度分辨X射线衍射(ADXRD)、X射线吸收精细结构谱 (XAFS)、小角X射线散射(SAXS)、中子粉末衍射及小角散射(NPD和SANS)以及基于各种光谱(UV-Vis、Raman、FTIR)的原 位检测技术和检测装置，以及纳米粉体水热制备机理的原位研究必威体育精装版进展。 关键词 水热合成；反应机理；原位研究；同步辐射；中子；光谱 水热( 或溶剂热) 合成是使用专门设计的 温，压力从高压降至低压，将改变原本脆弱的多 高温高压反应釜，采用水(或有机试剂) 作为溶 相平衡状态，结晶过程不可避免地受到外界的干 剂，使得通常难溶或不溶的物质溶解和重结 扰，产物的结构和化学性质也将受到极大的影 [ 1] [3] 晶 。水热/ 溶剂热合成具有所得产物物相均 响 ；②水热环境下的相转变和结晶过程发生速 匀、纯度高、单分散、尺寸大小可调、形貌可 度快，很难在反应中断的情况下迅速准确地捕捉 控并可以创造出特定组织结构等多方面优点， 到这一瞬时过程；③水热过程中往往会出现一些 [2] 因而被广泛应用于各种纳米粉体材料的制备 。 亚稳相或过渡相，它会影响最终产物的形成及 材料的结晶相、尺寸、形貌等决定了其性能及 转变，但对于这些中间相的作用及影响机制目前 [4-5] 应用，而这些性能高度依赖于制备过程，因 还知之甚少 ；④水热制备本身是一个复杂的 此，可控制备是提高其应用性能的关键，而对 反应体系，受到诸多因素，如反应初始原料、溶 其制备过程及机理的研究则是实现可控制备的 剂、温度、压力、pH值、反应时间、填料比等 前提。 的影响。与此同时，伴随着温度压力的改变，溶 由于水热合成通常是在密闭容器中以暗箱 剂的很多物理化学性质，如密度、黏度、介电常 操作的方式进行，对合成产物的观测通常采取 数、表面张力、离子积也将发生改变，组成和结 “离线式”的降温—卸料—洗涤—干燥—表征等 构有多种重排的可能性，目前还极少有非常可靠 多步操作实现。这种离线式的观察和测量存在某 的手段用来测量这些参数的变化。到目前为止， 些缺点，如：①卸料过程中，温度从高温降至室 科学家还无法清楚地理解和掌握水热制备过程中 *国家自然科学基金杰出青年基金项目和材料基因组研究项目(14DZ2261200)资助 † 国家杰出青年科学基金获得者，研究方向：陶瓷粉体制备与古陶瓷科技 ††通信作者，国家杰出青年科学基金获得者，研究方向：先进节能材料与粉体分散技术。 E-mail: yfgao@shu.edu.cn 436 第 38 卷第 6 期 ■科技进展 产物的结构信息和反应规律。