论文部分内容阅读
液相环境激光烧蚀(Laser ablation in Liquids，LAL)是近年来受到广泛关注的一种新型纳米材料制备技术。由于不受靶材材料和溶液的限制，LAL能够实现多种纳米材料的制备，纳米结构的组装、修饰与功能化。与传统的真空或气体环境中的激光熔蚀相比，LAL有其独特的热力学和动力学机制，激光-固体相互作用产生的等离子体羽(Plasma Plume)在液相环境的限域下，将具有高温、高压、高密度特征，因而LAL有可能形成常规技术不能获得的新材料与新结构。如采用金属或者合金作为靶材，LAL制备的胶体颗粒往往具备以下特性：表面纯净无任何污染，尺寸细小(甚至是团簇)，高的比表面和反应活性，表面带有电荷而稳定，多数为亚稳态结构。LAL制备出的纳米材料显示出常规技术获得的纳米材料不具有的光、电、磁等物理化学性能。上述材料的特征与性能正是高效、无二次污染的新型环境应用纳米材料所迫切需求的。LAL独特的物理化学过程有望为新型环境应用纳米材料的制备与纳米尺寸、表面效应的极大体现提供新的、广阔的发展空间。
本论文以LAL技术为基础，开展了氧化物体系新型环境纳米材料与结构的制备与组装研究，探索了纳米材料针对环境中典型的有机污染物的降解消除作用。论文工作取得的创新性成果如下：
1.获得了颗粒尺寸分布均匀、物相单一、结晶性好的Mn3O4纳米颗粒，分析了其形成机制，并研究了其对有机污染物(五氯苯酚)的降解作用过程。
2.基于液相激光烧蚀技术，设计了一种简单的使Mn3O4的纳米颗粒自组装成为γ-MnOOH纳米线的方法，分析了其形成和转变过程；通过对LAL液相环境的设计，实现了Mn掺杂Ni(OH)2纳米片的组装。
3.研究了LAL过程中靶材旋转与静止对产物的影响，如在金属Ti纯水环境LAL研究中，发现靶材旋转获得非晶态的TiO2团簇颗粒；靶材静止除了TiO2产物外，还形成了部分由亚稳相金属钛组成的Ti(fcc)@TiO2核壳结构纳米颗粒。对该方法进一步的扩展研究，还得到了单晶的Fe2O3纳米颗粒和Mg(OH)2纳米薄片。
4.研究了LAL技术制备的两种氧化钛胶体在碱性环境水热处理过程中的结构演变与组装，结果表明：靶材旋转得到的胶体颗粒逐渐演化为球状的钛酸盐微纳结构；而靶材静止得到的胶体颗粒开始时也演变成球状的钛酸盐微纳结构，但随着水热处理时间的延长，一部分钛酸盐微纳结构则逐渐分解形成钛酸盐的纳米带。通过退火得到了微纳结构的TiO2球，并应用于五氯苯酚的光催化降解。
5.发展了一种Ag修饰TiO2纳米颗粒新的方法，基于LAL胶体颗粒高的表面反应活性，原位还原吸附于胶体颗粒表面的Ag+离子，实现TiO2金属银纳米颗粒的负载。该方法简单有效，避免了其它有机化学试剂的使用与界面吸附。
6.基于LAL技术获得了一种Co3C@C核壳新型纳米结构，Co3C所包覆的碳具有很好的结晶性，此种纳米结构具有较强的铁磁性，具有激发光波长依赖的发光特性。