Gasoline-range hydrocarbon synthesis over cobalt-based Fischer-Tropsch catalysts supported onSiO2/HZSM-5

Two types of SiO2 with different mesopore size and HZSM-5 zeolite were used to prepare hybrid supported cobalt-based catalysts. The textual and structural properties of the catalysts were studied using N-2 physisorption, X-ray diffraction (XRD), and H-2 temperature-programmed reduction (TPR) techniques. Fischer-Tropsch synthesis (FTS) performances of the catalysts were carried out in a fixed-bed reactor. The combination effects of the meso- and micropores of the supports as well as the interaction between supports and cobalt particles on FTS activity are discussed. The results indicate that the catalyst supported on the tailor-made SiO2 and HZSM-5 hybrid maintained both meso- and micropore pores during the preparation process without HZSM-5 particles agglomerating. The mesopores provided quick mass transfer channels, while the micropores contributed to high metal dispersion and accelerated hydrocracking/hydroisomerization reaction rate. High CO conversion of 83.9% and selectivity to gasoline-range hydrocarbons (C-5-C-12) of 55%, including more than 10% isoparaffins, were achieved simultaneously on this type of catalyst.

Optical and structural properties of self-assembled ZnO QD chains by L-MBE

ZnO complex 3D nano-structures have been self-organized on Al2O3 (0 0 0 1) substrate by laser molecular beam epitaxy (L-MBE). It is shown by AFM morphology that the structure is composed of ID quantum dot chains (QDCs) and larger nano-islands at the nodes of QDCs. The formation mechanism of the nano-structure is also investigated. XRD results indicate that the nano-structure is highly c-axis oriented, with the aligned in-plane oriented domains. Time-integrated photoluminescence (TIPL) of the sample shows obvious blue-shift and broadening of the near band-edge (NBE) emission at room temperature, which are related to the quantum confinement effects. Time-resolved PL (TRPL) result shows bi-exponential decay behavior of ZnO QDCs, with a fast decay time of 38.21 ps and a low decay time of 138.19ps, respectively, which is considered to be originated from the interdot coupling made by coherent emission and reabsorption of the photons in QDCs. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Facile route to fabricate large-scale silver microtubes

Large-scale uniform Ag microtubes with high length diameter ratios have been first successfully synthesized by a facile approach, using low-cost super fine glass fibers as templates. The samples were characterized by SEM and XRD. The investigations showed that calcining or adding of PEG-1000 and alcohol could greatly improve the mechanical strength of the sample. Especially the products exhibited favorable catalytic properties during the degradation of Rhodamine B by NaBH4. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis of novel hexagon SnO2 nanosheets in ethanol/water solution by hydrothermal process

The novel hexagon SnO2 nanosheets are successfully synthesized in ethanol/water solution by hydrothermal process. The samples are characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared ray (IR) and transmission electron microscopy (TEM). By changing the reaction conditions, the size and the morphology can be controlled. Comparison experiments show that when the temperature increased from 140 degrees C to 180 degrees C, the edge length of the hexagon nanoparticles increases from 300-450 nm to 700-900 nm. On the other hand, by adjusting the ratios of water to ethanol from 2 to 0.5, SnO2 nanoparticles with different morphologies of triangle and sphere are obtained. When the concentration of NaOH is increased from 0.15 M to 0.30 M, a hollow ring structure can be obtained. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

有机胺-多金属氧酸盐超分子化合物的合成、结构及其光、热变色性质研究

近年来随着纳米材料科学、功能材料科学和超分子材料科学等学科的交叉渗透和迅猛发展，设计合成新型的多金属氧酸盐超分子变色材料和研究其结构、性质及变色机理具有重要的理论意义和应用价值。 本文以光致变色材料和热致变色材料的合成、结构与性质的研究为主线，通过水热法和溶液法制备了一系列含氮有机分子多金属氧酸盐的超分子化合物。解析了它们的晶体结构并研究了它们的光致变色与热致变色性质。采用低温固相反应法制备了具有变色特性的纳米氨基酸多金属氧酸盐。主要研究结果如下： 利用水热合成法制备了乙二胺三钼酸盐晶体,发现乙二胺三钼酸盐不仅具有光致变色性质，而且具有热致变色性质。在 365 nm 的紫外光照射下乙二胺三钼酸盐的光致变色样品呈红棕色，而热致变色样品在 180～250 ℃ 之间为蓝黑色。紫外-可见漫反射光谱被用于表征它们的变色性质。FT-IR 和 XRD 的结果确定着色后的样品其晶体结构和钼氧阴离子的骨架不改变，只是发生了轻微的畸变。一系列的光致变色样品和热致变色样品的ESR谱分别保持着各自特征，但二者有明显的差别，这反映出该化合物的热致变色机理与光致变色机理可能有所不同。这一现象是被首次发现和提出的。 利用水热法成功地合成了1, 6-己二胺三钼酸盐及四钼酸盐超分子化合物。单晶X-射线揭示出1, 6-己二胺三钼酸盐是一个新的超分子化合物，在它的晶体结构中，平行于 a 轴的新的无限链[Mo3O10]2–是由扭曲的MoO6八面体通过共边和共角连接的。质子化的己二胺阳离子占据着由无限链[Mo3O10]2–形成的隧道，它们之间以较强的氢键相互作用，形成了一维网络结构。我们发现这两种晶体均展示了新颖的光致变色与热致变色性质。我们利用FTIR、XRD、ESR和XPS对它们的变色性质进行了研究与探索。 选用4, 4'-联吡啶这种线状双基刚性配体, 利用水热法合成了两种4, 4'-联吡啶多金属钼酸盐晶体：一种是化学式为C10H12Mo7N2O23化合物, 另一种是化学式为C10H12Mo3N2O11化合物。测定了前者的晶体结构。两种晶体同样地展示了光致变色和热致变色性质，但后一种化合物有着明显比前一种化合物敏感的光热变色性质。ESR谱揭示出在UV光照射和加热的条件下，两个化合物中的Mo (Ⅵ) 原子均能被还原成Mo(Ⅴ)原子，但仅后一种化合物通过光热着色后有自由基产生。这是否是造成二者光热变色性质差别的原因，有待于今后更深入的研究和探索。 我们利用水溶液法成功地合成了氨基酸多金属氧酸盐晶体。晶体结构分析表明：组氨酸硅钨酸盐基本结构单元由一个[SiW12O40]4–多阴离子和两个质子化的[H2His]2+有机阳离子靠两个氢键相互作用组成。这个化合物展示了一个新颖的三维网络结构。脯氨酸硅钨酸盐的晶体结构正在解析中。在光照或加热后，这两个化合物的颜色由白色变为蓝色。我们利用FTIR、XRD、Raman和ESR研究了它们的光热变色性质。 将低温固相化学反应制备纳米材料的方法应用于纳米氨基酸多金属氧酸盐的制备，选取Silverton型多酸与多种氨基酸反应合成了系列纳米氨基酸-杂多酸电荷转移化合物。苏氨酸((HThr)7PMo12O42•4H2O) 磷钼多酸盐为形状不很规则的二维纳米片，酪氨酸磷钼多酸盐((HTyr)7PMo12O42•5H2O) 为一维纳米棒，丝氨酸磷钼多酸盐((HSer)7PMo12O42•5H2O)和谷氨酸磷钼多酸盐((HGlu)7PMo12O42•4H2O)为零维纳米粒子。有机给体氨基酸的结构对 Silverton 结构杂多化合物的形成起模板剂的作用，从而导致形貌的差异。在紫外光照射下，这些化合物会从白色变成蓝色，且对光比较敏感。

全固态电流型氧传感器及Pt-Fe复合催化剂的研究

控制电位电解型即电流型气体传感器由于具有检测气体种类多、浓度范围宽、体积小、价格低、测量精度高、可用于现场直接检测等优点，在环境监测与安全生产等领域中得到了广泛应用。本文论述了纳米级铂、碳纳米管负载铂及铂铁催化剂的合成方法，并对其进行了物理化学表征和电化学研究，主要结果如下： 采用柠檬酸钠还原的方法，合成了纳米级铂催化剂。TEM和XRD测试表明，该球形多晶铂的粒径为2－5nm。用此种铂催化剂制备了离子交换膜电极复合体，并组装了全固态电流型氧传感器；在对低浓度氧气进行测试时，具有高的灵敏度、较短的响应时间、较低的底电流和噪声，且响应信号与氧气的浓度呈良好的线性关系。 1．利用空气氧化和硝酸相结合对多壁碳纳米管进行了纯化，并利用1:1的H2SO4-HNO3混酸使其表面羧基化，TEM和CV测试表明多壁碳纳米管达到了纯化和表面官能团化的目的。 2．利用喷雾冷却法制备了多壁碳纳米管负载的铂及铂铁合金纳米级催化剂复合体，并利用TEM、EDS、XRD、ICP等进行了表征；在循环伏安扫描中，铂铁合金催化剂呈现较高的比表面积。将多壁碳纳米管负载的铂及铂铁合金纳米级催化剂应用于C1有机小分子的电化学氧化研究中发现，铂铁合金催化剂具有较高的催化活性.

骨修复用纳米生物玻璃/聚乳酸复合材料的研究

本文首次制备了纳米生物玻璃左旋聚乳酸复合材料，并针对两者之间界面不相容的现象，对生物玻璃表面进行了有针对性的改性；对其纳米颗粒的分散能力进行了表征，并对复合材料的力学性能和生物相容性进行了研究，以期能得到一种具有良好力学性能和生物活性的可降解骨组织修复材料。 （1） 以正硅酸乙酯为硅源，以磷酸氢二铵为磷源，硝酸钙为钙源制备了纳米生物玻璃的凝胶颗粒(BAG, SiO2: CaO: P2O5 =37/54/9, mol/mol) ；以其表面的硅羟基为引发点，采用丙交酯开环聚合原位改性的方法对其进行了表面改性得到了改性纳米生物玻璃的凝胶颗粒（m-BAG）；通过改性，使其表面性质由亲水性变为亲油性，提高了其在聚乳酸基体内的分散能力；m-BAG/PLLA复合材料改变了改性以前BAG/PLLA力学性能随生物玻璃含量增加而不断下降的趋势，保持了聚乳酸的力学性能，在m-BAG含量为2%的时候其拉伸强度相对于纯聚乳酸提高16%左右，模量达到纯聚乳酸的1.4倍；而当m-BAG含量为10wt%，复合材料保持与纯聚乳酸相似的拉伸强度，而此时10wt%BAG/PLLA复合材料的力学性能只有纯聚乳酸的80%; 生物玻璃凝胶/聚乳酸复合材料在模拟体液中表现了较高的钙沉积能力，最后在其表面都形成了羟基磷灰石的晶体，但是表面改性使其钙沉积的速度降低，在一定程度上减小了其活性；细胞试验表明，不论生物玻璃凝胶/聚乳酸复合材料还是改性后的复合材料都表现出了很高的细胞黏附性能和增殖性能。 （2） 通过煅烧将生物玻璃的凝胶颗粒制备了生物玻璃纳米颗粒，通过XRD和TGA确定该组成类型的生物玻璃的结晶温度在826ºC，我们选择其经过600ºC煅烧的非晶态的材料作为我们进一步研究的对象。通过六次甲基异氰酸酯作为偶联剂，我们将低分子量的Mn=9,700Da的聚乳酸偶连到生物玻璃纳米颗粒的表面；通过改性提高了生物玻璃/聚乳酸的拉伸强度和拉伸模量，并提高了其分散能力；模拟体液试验表明，其复合材料具有很强的钙沉积能力，细胞培养证明了优异的生物相容性；而且通过试验可以看出，生物玻璃相对于其原始的纳米凝胶颗粒具有更优异的钙沉积能力和细胞相容性。 （3） 通过将三臂聚乳酸添加到线性聚乳酸的内部，大幅度的提高了其冲击强度，当三臂聚乳酸含量达到2wt%-8wt%时，冲击强度达到线性聚乳酸的2倍左右；通过偏光显微镜观察，可以看到三臂聚乳酸提高了线性聚乳酸的结晶成核速度，使其最后晶体数量增多，形态变小；而通过等温结晶试验表明其结晶速度提高，结晶是以异相成核的三维生长方式进行的；流变学试验表明加入三臂聚乳酸有力的降低了体系的复数粘度，当三臂聚乳酸含量达到8%时候，在频率为1-10rad/s其数值仅为线性聚乳酸的60%左右，这种变化将提高其加工成型能力。 （4） 通过十六烷基三甲基溴化铵作为模板剂，制备了具有多孔结构的生物玻璃纳米颗粒，其孔径在2nm左右，比表面积为264m2/g； 通过模拟体液试验表明，其具有很强的生物活性，规整结构在浸泡的前8小时被破坏，体系中P和Ca的含量大幅度上升，在24小时以后形成了羟基磷灰石的晶体。该类型的材料有望应用于制备药物缓释材料，用于骨修复初期的感染和炎症治疗。

气相贝克曼重排新型固体酸催化剂研究

己内酰胺是一种重要的有机化工原料。采用环己酮肟的气相Beckmann重排的方法制己内酰胺可以解决传统的液相工艺中存在的副产硫酸胺、腐蚀设备和污染环境等问题。本研究的目的是开发出适合环己酮肟的气相Beckmann重排的固体酸催化新工艺。 首先，本工作用同位素标记的方法研究了Beckmann重排在固体酸B2O3/γ-Al2O3和TS-1上的反应机理。同位素标记后的产品采用质谱测量。通过与H218O交换氧，发现环己酮肟与H218O的交换在B2O3/γ-Al2O3和TS-1只能进行到一定程度，这暗示固体酸上腈中间体的解离不如经典的机理完全。提出了解离度(α)的概念，其定义为解离了中间体腈与总中间体腈之比。通过拟合实验数据和同位素标记的产品的计算公式，获得了B2O3/γ-Al2O3和TS-1上α 值分别为0.199和0.806的结果。 其次，采用对氧化铝表面合适氟化的方法，对氟化的氧化铝的性能进行研究。发现氧化铝表面氟化可以改善Beckmann重排的性能。氧化铝表面氟化可以消除其表面碱性位，说明了催化剂表面碱性位不利于Beckmann重排。而完全氟化的氧化铝的选择性不如某些固体酸如负载B2O3和Silicalite-1，暗示着表面酸强度也影响催化剂的选择性。同时，我们对适合气相Beckmann重排的催化剂进行了简单的筛选。发现一种稀土焦磷酸盐有可能是适合此反应的催化剂。 再次，研究了稀土焦磷酸盐催化剂上气相Beckmann重排。通过对一些稀土磷酸进行XRD,FT-IR,NH3-TPD和水接触角等表征，发现这类催化剂上表面的弱酸位以及合适的表面疏水是它们具有较好性能的原因。 再次，对焦磷酸铈催化剂的合成以及反应氛围进行了优化。发现优化的反应氛围为催化剂在pH在3~4时沉淀，在500~550度焙烧，在~350度反应，载气~80ml/min，空速在0.43h-1时反应，能保持转化率在98％以上，选择性在70％以上，8小时不失活。 最后，采用P123作为模板剂合成了一种新型的中孔稀土磷酸盐，这种稀土磷酸盐具有无序的虫洞形结构。应用这种新型的中孔稀土磷酸盐于酚类甲醇氧烷基化获得了较好的结果。与不加表面活性剂的材料相比，这种中孔稀土磷酸盐在低温下具有更大的活性并且其选择性不受损失。认为这种中孔的形态对催化性能具有好的影响。

场发射(FED)用荧光粉的研制与改性

场发射平板显示器（Field Emission Displays, FED）是一种新发展起来的平板显示器，由于其在亮度、视角、响应时间、工作温度范围、能耗等方面具有优良的特性，成为近年新型显示器研究的热点之一。为实现高效的FED红、绿、蓝全色显示，荧光粉在其中起着十分重要的作用。制备性能优良的场发射用彩色荧光粉是决定将来FED技术成功与否的关键因素之一。 本论文研究的内容包括场发射(FED)用荧光粉的研制和改性工作。在场发射(FED)用荧光粉研制方面，采用溶胶-凝胶方法，制备了一系列新型场发射(FED)用荧光粉，包括稀土离子激活的镓酸镧 [(LaGaO3: Re3+ (Re = Eu, Tb, Dy, Tm, Sm)]体系、铟酸钙[(CaIn2O4: Re3+ (Re = Eu, Pr, Tb, Dy,)]体系、铟酸锶[(SrIn2O4: Re3+ (Re = Pr, Tb, Dy)]体系、镓酸镥[Lu3Ga5O12:Re3+ (Re = Eu, Tb，Pr)]体系，并研究了Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Tm等稀土离子在这些基质中的光致发光、低压阴极射线发光性质和能量传递等性质。在荧光粉的改性方面，采用喷雾热解法制备了Sr2CeO4球形场发射用荧光粉，研究了喷雾前驱体溶液中，聚乙二醇浓度、金属离子浓度、烧结温度对形貌及发光性能的影响；采用溶胶－凝胶方法成功将SiO2表明包覆一层CaTiO3:Pr3+, Y3Al5O12:Ce3+/Tb3+荧光粉，得到单分散，球形形貌，分布均匀，具有核/壳结构的球形荧光粉；另外研究了不同的制备方法对Ga2O3:Dy3+荧光粉的发光性能的影响。所得样品用XRD、FTIR、SEM、TEM、漫反射光谱、光致发光(PL)光谱、荧光寿命曲线、低压阴极射线(CL)光谱等进行表征。 在紫外光激发下，稀土离子激活的镓酸镧彩色荧光粉有基质(LaGaO3)的发射和稀土离子(Eu3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+, Sm3+)的特征发射，研究表明在基质和稀土离子之间存在能量传递，其能量传递效率因离子而异。在阴极射线激发下，样品仅有稀土离子(Eu3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+, Sm3+)的特征发射。如：LaGaO3: Eu3+发红光，LaGaO3: Dy3+发白光，LaGaO3: Tm3+发蓝光，LaGaO3: Sm3+发黄光，LaGaO3: Sm3+,Tb3+发白光。LaGaO3: Tb3+的发光颜色可通过不同Tb3+的掺杂浓度从蓝光到绿光进行调控。在相同的激发条件下，所制备的蓝光发射的LaGaO3: Tb3+和LaGaO3: Tm3+荧光粉与商业FED用蓝粉(Y2SiO5: Ce3+，日亚化学工业株式会社，NP-1047)相比具有更好的色纯度和更高的发光效率；所制备的黄光发射的LaGaO3: Sm3+荧光粉与商业低压黄色荧光粉((Zn,Cd)S: Ag，日亚化学工业株式会社，NP-1020)相比，色纯度接近，但具有更高的发光效率。并首次实现了单一基质中白光发射(LaGaO3: Sm3+,Tb3+), 所制备的稀土离子激活的镓酸镧彩色荧光粉[(LaGaO3: Re3+ (Re = Eu, Tb, Dy, Tm, Sm )]在场发射器件有潜在的应用。 在稀土离子掺杂的Sr/CaIn2O4荧光粉体系中，在基质Sr/CaIn2O4和掺杂离子Pr3+/Tb3+/Dy3+存在高效能量传递。基质Sr/CaIn2O4吸收能量向激活离子Pr3+/ Tb3+/Dy3+传递，发射为稀土离子Pr3+/Tb3+/Dy3+的特征发射，发光强度、荧光寿命等符合应用要求，在低压电子束激发下，Sr/CaIn2O4: Pr3+/Tb3+/Dy3+荧光粉为稀土离子的特征发射，其低压阴极射线发光(CL)光谱与光致发光(PL)发射光谱一致，CL强度随激发电压，电流密度增加而增强。 对于CaIn2O4:Eu3+荧光粉，进一步研究表明CaIn2O4:Eu3+荧光粉的光致发光和阴极射线发光颜色可以通过掺杂不同浓度的Eu3+从白光，黄光，到红光进行调控。低浓度掺杂发白光，高浓度掺杂发红光，适当的浓度发黄光。 在Lu3Ga5O12:Re3+ (Re = Eu, Tb，Pr)荧光粉体系中，在紫外（UV）和低压阴极射线激发下，所制备的荧光粉Lu3Ga5O12: Eu3+, Lu3Ga5O12: Pr3+为稀土离子Eu3+, Pr3+的特征发射，分别发黄光和绿光。Lu3Ga5O12:Tb3+的发光颜色因Tb3+掺杂浓度不同而不同，低浓度掺杂发蓝光，高浓度发绿光。 Sr2CeO4荧光粉在UV及低压阴极射线激发下发出强烈蓝光，源于配体到金属离子电荷迁移带跃迁(Ce4+-O2-)。其阴极射线发光强度与电压及灯丝电流呈良好的线性关系。 采用溶胶－凝胶方法的核壳结构的SiO2@CaTiO3:Pr3+和SiO2@Y3Al5O12: Ce3+/Tb3+荧光粉, FESEM和TEM结果表明这种核壳结构的发光材料表面致密，厚度均匀，保持了单分散SiO2微球的形貌特征。在UV及低压阴极射线激发下，SiO2@CaTiO3:Pr3+呈强红色发射，源于Pr3+ 的1D2—3H4 (612 nm)跃迁；SiO2@Y3Al5O12:Ce3+和SiO2@Y3Al5O12:Tb3+ 分别发黄绿光和绿光，源于Ce3+的5d-4f和Tb3+的5D4-7FJ (J = 6, 5, 4, 3)跃迁。PL强度可以通过包覆次数调控，CL强度随激发电压及灯丝电流增加而增强。 在Ga2O3:Dy3+荧光粉体系中，采用了溶胶-凝胶，氨水共沉淀，和高温固相法制备了Ga2O3:Dy3+荧光粉并比较了他们的结晶行为，形貌，光致发光和低压阴极射线发光性能。溶胶-凝胶法制备由于原料在分子层次上混合，可以得到纯相，氨水共沉淀和高温固相法原料不如溶胶凝胶法混合均匀，很难得到纯相。溶胶-凝胶和氨水共沉淀所得荧光粉为纳米级别大小，分别呈球形和玉米棒形状；高温固相法微米级别且呈不规则形状。Ga2O3向Dy3+传递能量效率依次按溶胶-凝胶，氨水共沉淀，和高温固相法逐渐降低。在紫外光激发下，分别发白光，蓝白光，蓝光。其低压阴极射线发光与光致发光类似。相比之下，溶胶-凝胶法制备Ga2O3:Dy3+荧光粉比氨水共沉淀和高温固相法制备要好。

微/纳米结构氟化物溶剂热合成及其光学性质研究

本文主要利用Liquid-Solid-Solution（LSS）方法合成了一系列的碱土金属氟化物纳米粒子, 具有微米结构的Ba2ClF3体系以及复合金属氟化物NaMgF3纳米晶。利用X－射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（FE-SEM）、红外光谱（IR）等技术对合成材料的结构、形貌、组成等进行表征，采用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱（PL）、荧光寿命等手段评价合成材料的光致发光性能；探讨了油酸作为表面活性剂在纳米晶形成过程中的作用，并阐述了纳米晶的生长过程及可能的生长机理。对氟化物的胶体溶液的发光性质作了研究，并提出了可能的发光机理。 采用LSS方法制备的一系列碱土金属氟化物（CaF2，SrF2，BaF2）纳米晶结晶完好，具有碱土金属氟化物体材料的立方相结构。制备所得的碱土金属氟化物纳米晶分别具有被截的八面体，立方体和立方片形貌，粒子尺寸较均匀，分布范围较窄。制备的纳米晶由于表面被油酸的长烷基链所包覆，可以溶于非极性溶剂如环己烷形成稳定透明的胶体溶液。三种纳米晶的环己烷胶体溶液在光致发光光谱中在400nm左右出现了一个较强的发射峰。这可能是由在纳米晶的形成过程中产生的缺陷和电子中心所造成的。 采用LSS方法在较低的温度下（160oC）成功地制备了一维Ba2ClF3六方微米棒。制备的Ba2ClF3微米晶结晶完好，具有其相应体材料的斜方六面体结构。由于斜方六面体相晶胞表现出六方相的特性，因此具有各向异性。在包覆剂油酸的作用下，生成一维的六方微米棒。制备的六方微米棒具有较好的分散性，光滑的棒表面以及清晰的棱。同时，油酸的加入，氢氧化钠量，反应物加入量以及反应时间均对形貌和尺寸有所影响。通过调节合成参数，我们成功了具有不同尺寸和长宽比的微米棒。 采用LSS方法制备了复合氟化物NaMgF3纳米晶。制备的NaMgF3纳米晶结晶完好，具有正交晶相的结构。粒子平均尺寸约为38.6 nm。所得的纳米晶可溶于环己烷溶剂形成稳定透明的胶体溶液，其胶体溶液在400 nm左右有一个强的发射峰。

稀土透明发光薄膜的合成及其应用

利用溶胶-凝胶法制备了SiO_2、TiO_2等单组份凝胶玻璃及二者混合的双组份二元凝胶玻璃。对其中溶胶的形成、溶胶向凝胶的转化过程及最终凝胶玻璃的形成进行了大量系统的研究。稀土(Tb~(3+)、Eu~(3+))配合物分别以预掺杂法、原位(in-situ)掺杂法及原位两步水解法等方法掺入溶胶中，用旋转涂覆法(spin-coating method)制成发光薄膜。利用荧光光谱、红外光谱、X射线衍射分析等现代谱学方法对薄膜的性能进行了分析。由于稀土Eu~(3+)离子的~5D_0→~7F_2跃迁是对环境变化比较敏感的跃迁超灵敏跃迁，相应于这些跃迁的谱线强度随着环境的不同可改变2-4倍，故将Eu~(3+)离子作为荧光探针引入TiO_2凝胶玻璃中来研究TiO_2凝胶形成中的水解、缩聚过程。差热一热重分析表明在400 ℃左右TiO_2凝胶发生了由无定型向锐钛矿型的晶型的转变，在不同温度下处理的TiO_2凝胶的XRD曲线也可得到同样的结论。当温度达到800 ℃时观察到了金红石相的微小的衍射峰。从Eu~(3+)离子的荧光光谱可以看出对应于610 nm的~5D_0→~7F_2的跃迁强度(I_2)和590 nm的~5D_0→~7F_1的跃迁强度(I_1)随着热处理温度的升高而逐渐增强，说明随着处理温度升高，凝胶中水分子不断挥发，热处理过程中的羟基含量由于缩聚反应的不断进行而逐渐减少。~5D_0→~7F_1的跃迁属于磁偶极跃迁，发射强度I_1变化与环境变化无关。定义两个发射强度的比值R(R=I_2/I_1)，由R值的变化可以看出，TiO_2湿凝胶时Eu~(3+)离子与水成水合离子，干凝胶中水合离子逐渐被(Ti-O)_nEu键所取代，Eu~(3+)离子逐渐进入凝胶网状结构中。同时掺入Al~(3+)离子的凝胶中Eu~(3+)的发光强度要大于不含Al~(3+)离子的凝胶中Eu~(3+)的发光强 度，因为Eu~(3+)离子的聚集对荧光有猝灭作用，掺入Al~(3+)离子之后由于其对Eu~(3+)离子的分散作用使得跃迁强度大大增强。采用预掺杂法；原位掺杂法；原位两步水解法制备了稀土Eu~(3+)、Tb~(3+)的羧酸类配合物，2-2‘联吡啶，1，10-邻菲咯啉，β-二酮类等有机配合物掺杂的溶胶-凝胶发光薄膜。双掺Tb~(3+)和苯甲酸的凝胶荧光薄膜的红外分析结果可以看出，制得的凝胶薄膜的红外光谱图与SiO_2凝胶粉末的红外光谱图几乎一致，Tb~(3+)及有机配体掺入凝胶后配合物没有明显的特征振动吸收峰。说明配合物进入凝胶网状结构中，其振动被缩聚反应形成的微小孔隙结构所限制，没能观察到明显的吸收峰。由几种双掺稀土羧酸配合物的SiO_2凝胶薄膜的激发光谱可以看出，当以稀土Eu~(3+)离子或Tb~(3+)离子的特征发射波长监控时，得到的激发谱均为260 nm-350 nm范围内的宽带代替了稀土离子的特征窄带激发光谱，可以判断在凝胶薄膜中已经形成了配合物。而且双掺凝胶薄膜发射峰值比单掺稀土离子的凝胶薄膜发光强度高几个数量级。同时将薄膜在一定温度下进行热处理发现，对于双掺稀土和羧酸配体的凝胶薄膜，50 ℃时发射光谱无明显的发射峰，而随着热处理温度的逐渐升高出现发射峰并且强度逐渐增强，热处理超过100 ℃时发射峰的强度又有所降低。说明温度的升高使凝胶环境向着有利于稀土配合物形成的方向转变，因为两步水解过程中加入的六次甲基四胺会随着温度升高而逐渐分解出OH~-而仗凝胶环境pH值升高；另一方面，由于分子水和HCl的不断挥发也能提高凝胶环境的pH值，从而使配合物的形成反应更加完全。超过120 ℃后，接近配体的熔点(苯甲酸熔点129 ℃)，由于薄膜相当薄使配体的逐渐分解，荧光逐渐减弱；经175 ℃处理后，荧光几乎消失。除了羧酸配合物外还制备了稀土Tb~(3+) (Eu~(3+))与2-2‘联吡啶(邻菲咯啉)、TTA等二元配合物掺杂的溶胶-凝胶发光薄膜。凝胶薄膜的发光强度与相应的纯配合物薄膜相比由于凝胶的独特网状结构而有了较大的提高，通过荧光光谱和荧光寿命的比较均可以得出这样的结论。对凝胶薄膜和纯配合物/PVB薄膜的热稳定性比较可以看出，溶胶-凝胶发光薄膜的荧光强度随温度升高而降低，但与配合物的PVB薄膜的相比，仍显示了一定的热稳定性，在温度超过配合物的分解温度后仍显示出一定的发光强度，而纯配合物/PVB薄膜中配合物的荧光此时几乎完全消失。除了SiO_2凝胶之外，还制备和研究了TiO_2凝胶以及TiO_2-SiO_2复合凝胶作为基质的发光薄膜，发现在TiO_2凝胶中配合物未能象在SiO_2中那样显示出良好的发光性能，可能是因为作为过渡金属钛由于有d轨道与掺入其中的配体作用参与成键，影响了配体与稀土离子之间的能量转移。本论文中还将在光学领域中有重要作用的染料，例如荧光素(FL)引人TiO_2凝胶中，研究了FL在凝胶中的发光性质，对比了FL掺入TiO_2、TiO_2-SiO_2凝胶前后的吸收光谱、荧光光谱的变化。结果表明吸收峰有了较为明显的位移；荧光发射光谱吸收峰位置也有了较大的红移，这可能是由于凝胶的网状结构及孔道内的Ti-OH键等对染料影响的结果。

异丁烷脱氢制备异丁烯催化剂的研究

Pt-Sn/A1_2O_3负载型双金属催化剂由于其独特的催化性能而被广泛应地用于催化重整工业当中。尽管它对于长链烷烃的脱氢取得较为理想的效果，但用于异丁烷等小分子脱氢却不够理想。Pt-Sn/Al_2O_3负载型双金属催化剂用于异丁烷脱氢，其初活性较高，但对异丁烯的选择性较低，且稳定性较差，易失活。本研究工作就是以Pt-Sn/Al_2O_3负载型双金属催化剂为基础，通过添加碱金属、稀土元素来调变其脱氢性能，一方面提高催化剂的稳定性，另一方面提高对异丁烯的选择性。本文所需要的所有催化剂均是应用传统的共浸法制得。我们首先研究了经碱金属调变的催化剂的脱氢性能。我们发现加入碱金属，尽管催化剂的初活性略有降低，但催化剂对异丁烯的选择性却明显升高，其抗积炭性能也有显著提高。在这三种碱金属当中，K的调变效果最好。我们借助于现代化的测试手段(XRD、XPS、TPR、DTA-TG)对催化剂及其积炭样品进行了表征。结果表明，所有金属组分均以高分散状态存在于载体之上，碱金属钾的加入并没有将离子态的锡还原为金属态。由于K~+是很强的电子施主，它能够减缓活性中心铂的缺电子状态(由于载体效应的存在，铂受载体的拉动效应，它往往以不同程度缺电子状态存在)，从而减缓了活性中心与烃类之间的相互作用，有利于抑制积炭的产生。我们应用DTA-TG研究催化剂的积炭样品发现，碱金属能够抑制了烃类的深度脱氢。碱金属还中和了载体表面的酸性中心，这既抑制了异构化等副反应的发生，提高了对异丁烯的选择性，又抑制了积炭反应的发生。稀土元素对Pt-Sn - K/Al_2O_3催化剂的影响比较复杂。在种稀土元素当中(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)，Sm、Ce的调变效果较好，而Eu的调变效果最差。钐的载量不宜太多，以0.30%为宜，太多，一方面有可能将离子态的锡还原成金属态而使催化剂失活，另一方面可能会导致载体晶型有所改变而影响金属组分与载体间的相互作用。TPR结果表明，稀土元素对催化剂的强弱吸附中心的影响是不同的。弱中心上，它作为受电子体，使得铂的缺电子状态加剧，削弱了活性中心与载体之间的相互作用；在强吸附中心上，稀土元素是给电子体，减缓了活性中心铂的缺电子状态，增强了其与载体的相互作用，这两方面共同作用的结果，增强了催化剂的抗积炭能力，提高了催化剂的稳定性。由于铟与锡属于同一周期，且在周期表中处于相临的位置，因此我们考察了铟的不同载量对Pt-In/A1_2O_3催化剂脱氢性能的影响。铟载量跟锡载量相同的情况下，Pt-Sn/Al_2O_3催化剂的活性要比Pt-Sn/Al_2O_3催化剂的活性高，但其对异丁烯的选择性和抗积炭能力却要比Pt-Sn/Al_2O_3催化剂差。另外，随着铟载量的逐渐增加，催化剂的活性逐渐下降，对异丁烯的选择性逐渐升高，异构化逐渐降低。这说明铟在催化剂中起了两方面的作用。首先，它能中和载体表面的酸性中心，再者，对铂活性中心起着一种电子效应。另外我们还考察了碱金属钾对Pt-In/Al_2O_3催化剂的调变作用

催化消除NO_x复合氧化物催化剂的研究

氮的氧化物(NOx)是大气中的一种重要的污染物，是酸雨的主要来源，目前氮氧化物的无毒处理已经是国际环保研究中最关键的课题之一。本论文选择了两种复合氧化物：一种是钙钛石结构的含Cu的层状复合氧化物；另一种是以水滑石为前体经焙烧后得的复合氧化物为催化剂对它们的物化性质和对催化消除NOx的活性进行了系统的研究，得到了一些有意义的结果。第一部分：钙钛石型结构的含Cu层状复合氧化物钙钛石复合氧化物由于具有独特的物理化学性质，长期以来一直受到固态物理、固体化学和催化领域的科技工作者的重视。尤其近年来对它们在催化消除NOx反应中的活性的研究引起了催化工作者的极大兴趣，这是由于，一方面，钙钛石类复合氧化物对处理NOx的反应活性比较高，有希望取代贵金属催化剂；另一方面，探讨复合氧化物的固态物理、化学性质与处理NOx反应催化性能的关系，有利于揭示处理NOx反应的催化作用本质，为寻找高效实用的催化剂提供理论依据。本论文系统研究了三个系列含Cu钙钛石型复合氧化物的固态物理化学性质和对NO-CO反应的催化性能，并讨论了二者的关系。主要的工作和结论如下：1) 以La_2CuO_4为模型化合物研究了制备方法对它的性质的影响：用四种制备方法：柠檬酸络合爆炸法，聚乙二醇凝胶法，聚丙烯酰胺凝胶法，DTPA络合法合成了La_2CuO_4。比较了四种方法的特点，和制备方法对La_2Cu0_4的结构的影响，并对所得La_2CuO_4在NO-CO反应中的催化活性的影响进行了研究。结果发现聚乙二醇凝胶法和DTPA络合法有利于形成好的晶形，而聚乙二醇凝胶法和聚丙烯酰胺凝胶法对NO-CO反应有较好的活性，这是由于由不同制备方法得到的样品中的缺陷的种类和含量不I司所致。2) La_(1-x)Ba_xCuO_(3-λ)系列中Ba含量对它的性质的影响：用柠檬酸络合法合成了LaBa_2Cu_3O_(7-λ)，LaBaCu_2O_(5-λ)，La_2BaCu_3O_(7-λ) La_4BaCu_5O_(13-λ)及YBa_2Cu_3O_(7-λ)五种钙钛石结构的复合氧化物。XRD分析表明此系列样品均为层状ABO_3结构（分别为二，三，五层）。用XPS和O_2-TPD对样品中的氧种进行了研究，结果显示样品中存在着两种活性氧种：α氧种和β氧种。在O_2-TPD中低温脱附的是α氧种，它可归属于化学吸附氧与样品中的氧空位的浓度有关。β氧种的脱附温度较高，它归属于晶格氧。利用H_2-TPR和化学分析的手段对样品中的金属离子和活性氧的稳定性进行了表征。结果显示大量的氧空位和Cu~(3+)存在于样品中，并且它们的浓度受Ba离子浓度的影响。此系列样品对CO还原NO的活性研究表明：它们的活性远远高于结构类似的Ln_2CuO_4和Ln_2NiO_4等复合氧化物，在低于300 ℃时N0转化率已接近100％．分析结果表明Cu~(3+)和氧空位对活性起很重要的作用。Ba离子的作用是：一方面使含Cu的ABO_3结构稳定；另一方面使样品更容易吸附NO。3) La_4BaCu_5O_(13-λ)中Mn或C0逐步取代Cu对样品性质的影响合成了两系列分别由Mn或Co逐步取代Cu的样品，XRD分析表明它们仍旧是钙钛石结构。通过XPS，O_2-TPD和化学分析方法对样品中的活性氧种进行了表征，结果表明，当Mn逐步取代Cu离子时，晶格氧增加，而吸附氧开始变化较小，当Mn含量大于Cu含量时，吸附氧迅速减少。在Co取代样品的O_(1s)的XPS谱中，氧种变化较Mn取代的小，这表明Co离子对样品中的氧空位含量的影响较Mn离子的小。氧化还原性能的研究表明当Cu离子被Mn或Co离子部分取代后，Cu离子变得更容易被还原，这表明Cu-M(Mn或CO)之间发生了协同作用，使Cu离子更活泼。当Mn或Co部分取代Cu离子之后，样品对CO还原NO反应的催化活性明显提高，当取代含量达到一定程度时（即X ≥ 3），催化活性迅速降低，这表明Cu离子在反应中起着很重要的作用，经过分析我们认为反应机理如下：Cu~(3+)-O~=-Cu~(3+) + CO → Cu~(2+)-□-Cu~(2+)+CO_2 Cu~(2+)-□-Cu~(2+) → Cu~(3+)-□-Cu~(2+) Cu~(3+)-□-Cu~(2+) + NO~-Cu~(3+)-NO-Cu~(2+) 2Cu~(3+)-NO-Cu~(2+) → 2Cu~(3+)-O~=-Cu~(3+) + N_2 式中□是氧空位，Cu~(3+)-□ 是F心。掺杂部分Mn或Co后，催化活性的提高可以归属于Cu-M之间发生的协同作用使Cu离子更活泼，表征结果表明Cu-Co之间的协同作用较Cu-Mn之间的弱（这可能是由于Co，Cu之间化学性质相似），但掺杂Co的样品的活性较掺杂Mn的要高，同时我们在反应中发现，Co含量较高的样品中反应产物中N_2O比掺杂Mn的样品高出许多，因此我们认为Co离子对反应中反应中间产物N_2O的生成比Mn离子要活性。第二部分以水滑石化合物为前体的复合氧化物水滑石类化合物属于一种阴离子粘土，由带正电荷的金属氧化物／氢氧化物和层间阴离子及水分子组成。以水滑石为母体经焙烧制得的氧化物催化剂用于氧化反应的实例尚不多，且大多用于液相催化反应。最近有文献报道含Co，Cu，Ni水滑石经焙烧后对N_2O分解有很好的活性，但还没有关于此类化合物应用于NO还原和分解的文献报道。我们首次将以水滑石为母体经焙烧制得的尖晶石催化剂用于催化消除NO_x的反应中，考察和表征了变更过渡金属离子时Co-M-Al系列和Mg-M-Al系列催化剂在CO还原NO，NO吸附和NO分解反应中的活性。1) 以Mg-M-Al水滑石为前体的催化剂用共沉淀法合成了一系列Mg-M-Al水滑石（M = Cr，Fe，Mn，Co，Ni，Cu；Mg/M/A1 = 3/1/1）。XRD表征表明所有化合物均为典型的水滑石化合物。通过TG-DTA考察了焙烧对样品的结构和组成的影响。450 ℃焙烧后所有样品的XRD图中仅能发现MgO相，表明过渡金属氧化物均匀地分散在MgO-Al_2O_3中，换句话说，所得样品焙烧后是过渡金属氧化物负载在MgO-Al_2O_3载体上。H_2-TPR研究进一步证实过渡金属氧化物在载体上得到了稳定。此系列样品对C0还原N0反应活性的测定表明Mg-Al-Cu样品表现出远远高于其它样品的活性，而Mg-Al和Mg-Ni-Al在550 ℃以下对反应几乎没有活性，其它样品表现出一定的活性。2) 以Co-M-Al水滑石为前体的催化剂体系经共沉淀法合成了Co-M-Al水滑石（M = 过渡金属），经焙烧后发现样品中有尖晶石相出现。比表面研究表明，在500-700 ℃之间比表面变化较小大约在80m~2/g左右，在更高温度焙烧后比表面迅速下降。此系列样品对NO的吸附性能研究表明Co-Al，C0-Ni-Al，Co-Cr-Al，Co-Fe-Al表现出较高的吸附性能，尤其是Co-Ni-Al在100 ℃对NO表现出100％的吸附；其它样品对NO的吸附较低。用过渡金属离子中d轨道电子在吸附前后的晶体场稳定化能的变化可以很好地解释此系列样品对NO的吸附性能。对NO分解的活性测定表明Co-Ni-A1，Co-Cr-A1和Co-Al表现出了较好的活性，其中Co-Ni-Al的活性最高。其它样品在600 ℃以下几乎没有活性。分析结果表明样品对NO分解有活性的催化剂必须具备两个条件：1：对NO有较好的吸附性能；2: NO分解后产生的氧可以容易的脱附。除Co-Al外，所有样品对CO还原NO表现出很高的活性：在150 ℃即有较高的NO转化率，在180 ℃NO转化率即可达到100％。催化剂的氧化还原性能在反应中起着很重要的作用，H_2-TPR研究发现掺杂其它过渡金属后Co离子的还原温度明显降低，表明Co离子得到了活化。3) 以Co-Cu-Al水滑石为前体的样品用共沉淀法合成了一系列Co/Cu/Al含量不同的水滑石化合物，包括Co/Cu/Al分别为7/1/1，3/1/1及1/1/1和仅含Co或Cu的Co/Al = 3/1，Cu/Al = 3/1等一系列样品。XRD结果表明除Cu-Al外其它样品经焙烧后均出现了尖晶石相。Cu-Al样品经焙烧后出现了CuO相表明样品为CuO负载于Al_2O_3上。NO和CO的TPD研究表明三组份样品对NO和CO的吸附明显高于二组份样品，而且含CO量高的样品对NO和CO的吸附能力更好，表明Co起较强的作用。在三组份样品的NO-TPD脱出物中发现有N_2O和N_2，表明NO在样品表面的吸附为活化吸附。对CO还原NO反应活性的研究表明，三组份样品的活性远远高于二组份样品，且含Co量高的样品活性较高，表明在此系列样品中Co离子起决定性作用，而Cu离子起助催化作用。通过对反应中各组份含量的变化分析，我们认为反应机理如下：CO + O-Cat → CO_2 + □-Cat NO + □-Cat → NO-Cat 2(NO-Cat) → N_2O + O-Cat + □-Cat N_2O + □-Cat → N_2O-Cat N_2_O-Cat → N_2 + O-Cat 2(N_2O-Cat) → N_2 + 2(O-Cat) O-Cat是样品中的晶格氧，在Co-Al中加入其它过渡金属离子使样品中的晶格氧得到活化，因此，催化活性得到提高。用以水滑石为前体，共沉淀法和固相反应法等三种制备方法合成了一系列Co-Cu-Al催化剂，发现以水滑石为前体的样品不论是对NO，CO的吸附性能还是对NO-CO反应的催化活性都远远高于其它方法制备的样品，这可能是由于水滑石可以起到一个模版作用，使Cu, Co离子分散的更均匀，以及使催化剂表面的含氧基团丰富。

稀土-聚合物纳米复合材料的制备与表征

纳米材料以其特有的优异性能成为下一代信息技术、能源技术和生物医学技术的重要基础。纳米材料的研究是一个多学科交叉的领域，受到各国科学家及政府的极大重视，成为当前科学研究的热点前沿领域之一。近年来，无机纳米微粒与聚合物复合而成的无机-有机纳米复合材料可能成为集无机、有机、纳米等诸多材料的优良特性于一身的新型功能材料，倍受各国研究者的关注，对无机-有 机纳米复合材料的研究构成了当前纳米材料领域的新热点。我们在当今科学研究的前沿领域内，通过大量文献调研，选择稀土化合物为 目标化合物，开展了研究工作。采用新方法制备了ZnS、ZnS:Eu、ZnS:Mn、ZnS:Mn,Eu和CeO_2纳米微粒，制备了稀土硫化物、CeO_2纳米微粒与聚苯乙烯的纳米复合材料，对所制备的材料进行了表征，研究了反应过程及材料的发光特性，取得了一些创新性结果。1．首次采用固相法在接近室温和室温条件下，分别以硫代乙酰胺(TAA)和硫化钠为原料与醋酸锌进行反应，成功地制备出ZnS纳米微粒，通过XRD、TEM、SPS、荧光光谱等对样品进行了表征，通过差热分析对反应机理进行了研究，得到以下结论：(1)．ZnS纳米微粒具有立方面心结构，为闪锌矿型ZnS。发现TAA与醋酸锌通过低温固相法制备ZnS纳米微粒的最佳温度为100℃，低于此温度反应进行得不完全。提高反应温度将使ZnS纳米微粒的尺寸增大。(2)．100℃下合成的ZnS纳米微粒的晶粒粒径为3.2 nm，TEM观察到的每个ZnS纳米微粒是由更小的ZnS晶粒构成的多晶颗粒，平均颗粒尺寸为40 nm左右。(3)．TAA与醋酸锌反应的历程几乎同时经历了以下几个过程，其中包括TAA的熔融，TAA的分解并产生硫化氢，产生的硫化氢与醋酸锌反应生成醋酸及ZnS，醋酸的气化等，ZnS纳米微粒在上述过程中得以迅速生成，产生的气体物质起到了控制颗粒进一步生长的作用。2．首次采用低温固相法制备出掺杂的ZnS纳米微粒，ZnS:Eu、ZnS:Mn和ZnS:Mn，Eu，研究了制备条件对粒径及发光的影响。研究表明，灼烧温度对掺杂的ZnS纳米微粒的尺寸影响较大，温度升高粒径随之增大：灼烧时间及掺杂浓度对粒径影响很小。荧光光谱中出现了掺杂离子的特征发光，增大掺杂离子浓度及提高灼烧温度可使发光增强。3．首次发现ZnS:Mn纳米粒子经紫外光照射后出现了荧光增强现象。无论是波长为254 nm还是365 nm的紫外光照射后都可以观察到上述现象，并且发现在一定时间范围内，发光亮度随着照射时间的延长而增强。产生这种现象的原因可能是纳米微粒的表面态得到改善，使无辐射通道减少，因而辐射强度提高。4．首次采用表面光电压谱对ZnS纳米微粒进行了表征，观察到表面光电压谱发生了蓝移，ZnS纳米微粒有丰富的表面态。荧光光谱中观察到产生于表面态的陷阱荧光，并发生蓝移。5．采用W/O微乳液法，选用多种非离子型表面活性剂，成功地制备出粒径很小、颗粒均匀的CeO_2纳米晶，对制备过程中的影响因素(如灼烧温度、水与表面活性剂的摩尔比、Ce~(3+)的浓度、灼烧时间、表面活性剂种类等)进行了详细研究。结果如下：(1)．灼烧温度是影响CeO_2纳米微粒尺寸及形貌的关键因素。找到制备纯净的Ce02纳米晶的最佳温度为500℃，低于此温度CeO_2为无定形态，高于此温度则CeO_2纳米微粒的形貌规整但粒径增大。CeO_2纳米微粒的晶格畸变率随着灼烧温度的升高和粒径的增大而减小。(2)．W(水与表面活性剂的摩尔比)、Ce~(3+)浓度、灼烧时间、表面活性剂种类等也对CeO_2纳米微粒的尺寸有影响，但其影响小于灼烧温度的影响。(3)．首次在高分辨条件下通过TEM观察到CeO_2纳米晶的条纹相结构。6．首次将CeO_2纳米微粒与聚苯乙烯复合，成功地制备出CeO_2聚苯乙烯纳米复合材料，对材料进行了表征。(1)．CeO_2/聚苯乙烯纳米复合材料的IR光谱中有Ce-O键的振动吸收，且比通常CeO_2的Ce-O键的振动吸收向高能方向移动，说明CeO_2粒径较小。(2)．XPS谱中Ce的3d_(5/2)和3d_(3/2)结合能较CeO_2的标准谱向高能方向发生了移动，表明CeO_2与表面活性剂及聚苯乙烯之间存在着某种化学键作用。7．首次采用原位合成法制备出稀土硫化物聚苯乙烯纳米复合材料，并通过荧光光谱、磁性、光电子能谱、透射电镜等手段对它们进行了表征。研究了该复合材料的磁性质、荧光光谱、XPS谱、微结构与掺稀土聚苯乙烯相比发生的变化，分析了产生上述变化的原因。(1)．在掺Eu聚苯乙烯复合材料的激发光谱和发射光谱中可见Eu~(3+)的激发和发射峰。Eu~(3+)离子处于对称性很低的聚合物环境中，发射光谱中所出现的~5D_0 → ~7F_J(J = 0，l，2，3，4)跃迁的发射峰中~7F_l和~7F_2等能级解除简并发生了能级劈裂。随着Eu浓度增大，Eu~(3+)离子的发射峰强度增加。(2)．稀土硫化物聚苯乙烯纳米复合材料的发射光谱中在400 nm左右有宽带发射，且经紫外光照射后其发光强度降低，这是由于H_2S与Eu~(3+)发生而生成的不很稳定的Eu~(2+)经紫外光照射后被氧化成更为稳定的Eu~(3+)。(3)．稀土硫化物聚苯乙烯纳米复合材料和掺Eu聚苯乙烯复合材料相比，在荧光光谱、磁性、XPS谱和微结构等方面存在较大的差别。研究表明，在稀土硫化物聚苯乙烯复合材料中有较多的Eu~(3+)离子处于无反演对称性的格位，使得它的发射光谱在615 nm处的发光峰为最强；稀土硫化物聚苯乙烯纳米复合材料的饱和磁化强度较掺Eu聚苯乙烯复合材料的低；稀土硫化物聚苯乙烯纳米复合材料的球粒尺寸明显大于掺Eu聚苯乙烯复合材料的球粒尺寸，远大于纯聚苯乙烯的球粒尺寸。

稀土/高聚物杂化材料的制备及发光性能的研究

本论文旨在开发能使无机材料和有机材料的功能互补、协同优化的无机/有机复合发光材料的制备方法，并研究其发光性质，以发展一类新型的高性能发光材料。首先基于无机组份与有机组份的物理和化学性质的差异，采用能保持其性质均不改变的低温软化学合成法-溶胶-凝胶技术，无机组份选择具有优良光、热稳定性的SiO_2，有机组份选择具有和无机SiO_2相似折射率和优良力学性能的丙烯酸类如甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，采用两步溶胶-凝胶法和在交联剂3-(三甲氧基硅)丙基甲基丙烯酸酯(MSMA)存在下快速制备了两种杂化基质材料SiO_2/P(MMA-MSMA)和SiO_2/P(HEMA-MSMA)。由于使用两步溶胶-凝胶法，大大缩短了溶胶的成胶时间，所得杂化材料具有良好的光学透明性。实验结果表明，在基质材料中形成了无机网络和聚合物网络，无机相和有机相之间存在着强的化学键，两相间无明显的界面，即形成了互穿网络，粒子的尺寸在100 nm以内，属于纳米材料。由于原位聚合物与无机SiO_2基质同时生成，不仅使杂化基质材料具有一定的韧性，而且可有效降低无机SiO_2凝胶基质的热聚集和光损耗，是制备复合发光材料的优良基质材料。由于TiO_2基质具有较低的声子能量(可降低发光组份的非辐射跃迁几率)，也是一种良好的基质材料。研究了在DMF存在下透明TiO_2凝胶基质的快速制备方法。由于DMF上的氮原子可和Ti-OH上羟基形成氢键，从而大大降低了钛酸丁酯的水解速率，避免了钛酸丁酯直接水解时沉淀的出现，通过调节DMF的用量，可以在不同时间内制备透明的TiO_2凝胶。凝胶经热处理后，其结构从无定型态转变为锐钛矿相，经800℃热处理后己全部转变为会红石相。此制备方法不仅快速，而且比现有的溶胶-凝胶法制备金红石相TiO_2的温度至少降低了200℃。基于高分子聚合物聚乙烯醇缩丁醛(PVB)具有良好的成膜性能，采用旋转涂敷法制备了SiO_2/PVB杂化膜，通过调节溶胶的粘度和匀胶的速度，可以制备不同厚度的薄膜，为杂化发光膜的制备提供了依据。基于1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(TPB)在蓝光波段其有优良的发光性能，制备了掺杂TPB的SiO_2凝胶，并研究其在溶胶-凝胶过程中光谱性质的变化。由于凝胶基质的“笼保护”效应，掺杂于溶胶-凝胶基质中的TPB具有较高的热稳定性，其热分解温度达460℃。TPB具有较高的猝灭浓度，相对于它的氯仿溶液，TPB在凝胶基质中猝灭浓度提高2～3个数量级。另外，在凝胶基质中比其在氯仿溶液中具有较长的荧光寿命，这对于此类发光材料的实用化具有重要意义。基于基质的组成、微结构及化学环境，可影响发光组份之间的相互作用和能量传递规律，制备了双掺UO_2~(2+)和Eu~(3+)的TiO_2凝胶。由于在TiO_2凝胶基质中Eu~(3+)的激发光谱和UO_2~(2+)的发射光谱具有较大的光谱重叠，研究了它们之间的能量传递机制。实验结果表明，在TiO_2凝胶中，存在着UO_2~(2+)向Eu~(3+)的能量传递过程，其能量转移效率和能量转移速率随Eu~(3+)浓度的增大而增大。通过对Stern-Volmer曲线的分析，得出Eu~(3+)对UO_2~(2+)荧光的猝灭机制主要为稳态猝灭机制，此研究为丌发新的发光材料提供了科学依据。为克服传统溶胶-凝胶法制备光功能材料时预先掺杂法的缺点和局限，缩短制备光功能材料的周期，基于溶胶-凝胶水解、缩聚的特点和稀土配合物的形成规律，首次提出应用两步溶胶-凝胶法于SiO_2基质中快速原位合成了稀土配合物的方法。它是即在用盐酸作为酸性催化剂水解一定时间的溶胶中，加入六次甲基四胺作为碱性催化剂。六次甲基四胺的加入，一方面，加快了凝胶的形成，另一方面，使溶胶的介质逐步适合配合物的形成，最终在凝胶基质的形成中原位合成了稀土配合物。由于采用两步溶胶-凝胶法，缩短了凝胶时间，可在数小时内制备出透明含原位配合物的湿凝胶。采用荧光光谱、吸收光谱、IR光谱及荧光寿命测量等手段，对原位合成稀土配合物的过程进行了跟踪表征。实验结果表明，对于水杨酸-Tb~(3+)配合物的原位合成，在溶胶阶段无配合物的形成，此时，水杨酸向Tb~(3+)的能量传递属于分子间能量传递过程，即扩散控制的碰撞过程；在湿凝胶中，Tb~(3+)与水杨酸形成了配合物，在紫外光激发下，通过水杨酸向Tb~(3+)的分子内能量转移，发出Tb~(3+)强烈的特征荧光。此复合光功能材料制备技术，具有一定的创新性和实用价值。应用上述两步溶胶一凝胶法于SiO_2及SiO_2/聚合物杂化基质中快速原位合成了稀土β-二酮、芳香羧酸及杂环配体phen配台物，并制备了稀土配合物SiO_2/PVB杂化发光薄膜。原位稀土配合物在紫外光激发下发出其相应稀土离子的特征谱线，和纯配合物相比，其激发光谱变为-不对称的宽带，发射光谱表现出较少的劈裂：山于杂化基质的保护作用，原位合成的稀土配合物具有较好的光稳定性和热稳定性；由于原位合成的配合物被固定于基质的微孔中，在IR光谱上，其相关振动吸收较弱；配合物的名义掺杂在0.6 mol%时，发光强度随掺杂浓度的增加而增加，无浓度猝灭现象；SEM表明，含有原位合成的配合物的材料，具有一定的均匀性，粒子尺寸在纳米级范围。为发展多种无机基质稀土有机配合物光功能材料的复合技术，拓宽无机/有机光功能材料的制备方法，首次采用离子交换法将稀土配合物Eu(DBM)_3phen和Tb(AA)_3phen嵌入到层状化合物α-磷酸氢锆(α-ZrP)中，制备了嵌有稀土配合物的组装体，并研究了组装体的光物理性质。基于层状化合物的结构特点，首先将对甲氧基苯胺(PMA)嵌入层状化合物中，得到预组装体，使层间距变大，然后再通过离子交换的方式，制得含有稀土配合物的组装体。XRD光谱和紫外-可见吸收光谱证明配合物组装进了层状化合物中。在紫外光激发下，组装体发出相应稀土离子的特征谱线；和纯配合物粉末相比，其激发光谱发生一定的蓝移，而其发射光谱则表现出较少的劈裂；由于基质的保护作用，组装体中的配合物具有较高的荧光寿命和发光效率。研究、制备了改性MCM-41与稀土配合物Eu(DBM)_3phen的复合组装体发光材料，并研究了组装体的发光性质。由于羟基的高能振动将极大地猝灭稀土离子的荧光发射，所以采用3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-[(3-三乙氧基硅)]丙基乙二胺和4-(三乙氧基硅)丁氰三种硅烷化试剂对介孔分子筛MCM-41内壁羟基进行了修饰。组装体在紫外光激发下发出稀土离子的特征谱线，经氨丙基三乙氧基硅烷改性后的组装体，其发光强度约为未改性MCM-41前组装体的9倍，说明了经改性后，减少了基质中的羟基含量，降低了因羟基的高能振动而引起的非辐射跃迁几率，提高了组装体的荧光强度；对不同的改性剂的改性效果的研究表明，经4-(三乙氧基硅)丁氰改性、N-[(3-三乙氧基硅)]丙基乙二胺改性和3-氨丙基三乙氧基硅烷改性MCM-41改性后的的组装体的荧光强度依次增加，同时，稀土离子在其中的荧光寿命也依次增加。以上复合技术为研究和开发具有高效、长寿命的复合发光材料提供了新的可能。为满足不同条件下材料的要求，选择具有优良发光性能的稀土配合物，将其引入P(MAA-St)共聚物的合成过程中，制备了质轻、透明性好的掺杂有稀土配合物的透明发光树脂，并研究了发光树脂的光物理性质。透明发光树脂具有良好的透光性，密度在1.2 g/cm~3；在紫外光照射下，树脂发出稀土离子强烈的特征荧光，在掺杂浓度不大于4wt%时，发光强度随掺杂浓度的增大而增大。稀土配合物在发光树脂中较其在乙醇溶液中具有较长的荧光寿命。与其相应的纯配合物的乙醇溶液相比，稀土配合物在发光树脂中的周围环境极性增大，格位对称性升高。