通过分解两相水解反应单步高品质超细金属氧化物半导体纳米晶体的可控合成
科学家借助硅纳米晶体制造出不合重金属的高效硅基LED
异形 体开启 了碳 材料 的新 纪元 ,其性质及 应用依赖于 其结构 参数 。虽然碳纳米管通过可控合成可 以实现直径 的精确可调 , 但是其轴 向长度 的控制却 非常 困难。然而碳 纳米管 的长度将 显著影 响其宏观性 能。例如超 长碳 纳米管 能够 在宏观尺度上 体现其独 特的材料性 能 ,超短碳纳 米管则提供 了高密度 的活 性位点 ,使其 在生物 药物、催化和 能源存储方 面有 着极其广
在外。
阴离子进 行补偿 ,通 过插层的 阴离 子及层 间的相互作 用 ,获
此 外 ,新 型 L E D惹人注 目的方面亦在于其 发光 区域 的同 得 L D H 单片层 间的受限空间 。利用 L D H 进行空 间限域 ,进 质性 。研究 人员表示 ,随着液态处理的硅基 L E D 或能以低 成 而催化生 长碳纳米环 为超短碳纳 米管的研究提 供 了新思路 。 本大 批量制成 ,纳米粒 子 “ 群体 ”也将 进入新 的领域 ,相 关 可 以想象 的是 ,通过 调变 L DH 中插层 阴离子 的种类 以及层 潜力将 难 以估 计 ,而教科 书上有关半 导体元件 的描述或许 也 间碳源 的量 ,可 以获得 一系列有着不 同长度和壁 数的碳纳米
该研 究 工 作 的另一 项 难 点是 如何 实 现层 数 可控 的石 墨 烯制 备 。刘 教授 指 出 : “ 通 过改 变条 件 将石 墨烯 的层数 控 制地 越来 越 少 ,但依 然未 能 实现 大量 单层 石 墨烯 的可控 制 备 。进 一 步 ,我们 希望 寻 找 到更合 适 的催 化剂 来 实 现这 一 目标 ” 。 除了上述刘教 授提到 的层数可控 制备外 ,他 还计划将该 项 工 作与 化学 气 相沉 积法 相 结合 ,结合 电弧 的大 批量 与化 学气相 沉积法 的可控制备 上的优势 ,发展一种 “ 电弧二 . 。 化学
CuO纳米材料的可控合成初
CuO纳米材料的可控合成作者:刘欢指导教师:刘小娣摘要:纳米CuO 由于具有独特的电、磁和催化等特性, 受到了广泛关注。
本文综述了近年来纳米CuO 的制备方法及应用技术进展, 具体介绍了纳米CuO 的液相法、固相法和气相法制备技术; 同时, 还研究了纳米CuO 在不同领域的性质和应用;展望了今后的研究方向和前景。
关键词:纳米CuO;制备;性质;应用0 引言铜是与人类关系非常密切的有色金属,其氧化物——CuO有着广泛的应用,除作为制铜盐的原料外,它还广泛应用于其他领域:如在催化领域,它对高氯酸铵的分解,一氧化碳、乙醇、乙酸乙酯以及甲苯的完全氧化都具有较高的催化活性;在传感器方面,用CuO作传感器的包覆膜,能够大大提高传感器对CO的选择性和灵敏度;近年来,由于含铜氧化物在高温超导领域的异常特性,使CuO又成为重要的模型化合物,用于解释复杂氧化物的光谱特征。
纳米CuO因具有表面效应、量子尺寸效应和久保效应使其在电、磁、催化等领域表现出不寻常的特性。
如表面效应使其催化活性大大增强,量子尺寸效应使纳米CuO的红外光谱宽化、蓝移和分裂。
因此,纳米CuO的制备和应用研究近年受到广泛关注。
1纳米CuO 的制备方法纳米材料的制备方法根据物料状态可分为:固相法、气相法和液相法。
目前纳米CuO的制备方法已开发的主要有固相法和液相法,其中对液相法研究得较多。
1.1固相法1.1.1室温固相反应法固相反应法是指将金属盐或金属氧化物按照一定比例充分混合研磨后进行煅烧,直接制得纳米CuO粉体的方法。
洪伟良等[1]以醋酸铜和草酸为原料,采用低温固相配位化学反应法先合成出了前驱配合物草酸铜,再将前驱物高温热分解,得到粒径为20~30nm的纳米氧化铜粉体,但团聚较严重。
李东升等[2]以硝酸铜和碳酸氢铵为原料,利用室温固相反应制备出纳米级碱式碳酸铜粉体,经230℃焙烧后制得平均粒径为28nm的氧化铜纳米球,该产品大小均匀,但是纯度不高。
紧跟研究热点,一大波顶刊g-C3N4光催化优质工作来袭
紧跟研究热点,一大波顶刊g-C3N4光催化优质工作来袭在众多光催化剂中,具有独特结构的石墨相氮化碳g-C3N4由于其良好的光催化性能,成为了目前研究的热点。
相比于其他的光催化剂,它的优点十分突出:能够吸收可见光、热稳定性和化学稳定性良好,并且无毒、来源丰富、制备成型工艺也简单。
我们特地为大家整理了24篇g-C3N4光催化优质工作,点击小标题可以直接跳转资讯详情。
1. 碳点/氮化碳实现析氢-降解双同步Adv.Funct. Mater.-清华大学李景虹教授和刘会娟教授通过超声空蚀效应设计了均匀“局部加热”方法,用以在2D C3N4纳米片中嵌入高度结晶的碳量子点(CQD)。
基于密度泛函理论计算和电化学测试,研究人员发现在C3N4中引入CQDs不仅可以拓展光吸收谱区段,而且还可以减小电子的有效质量(e-),从而降低与空穴复合的几率,促进光生载流子转移。
此外,高度有序的CQDs 具有优异的过氧化物酶模拟活性,能够逐步通过以下过程提高催化产氢效率:(i)2H2O → H2O2 + H2;(ii)H2O2→ 2·OH;(iii)·OH + 双酚A →最终产物,其产氢率可达152 μmol g-1h-1,为纯C3N4的数倍之高。
2. 石墨炔助力g-C3N4提高其空穴迁移率Adv. Energy Mater.-天津理工大学卢秀利和鲁统部首次报道了一种简单的超薄二维g-C3N4/graphdiyne——石墨炔(GDY)异质结构建方法,通过在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中发生溶剂热反应,成功将2D g-C3N4负载在2D GDY的3D纳米片阵列上,并将其用作光电阴极,成功提高了g-C3N4的空穴传输速率。
合成的g-C3N4/GDY异质结为光生空穴提供了丰富的传输通道,由于GDY具备较高的空穴迁移率,从g-C3N4注入到GDY中的光生空穴在其内部快速转移,从而在0.1 M Na2SO4溶液中0 V vs. NHE偏压下,具有-98 μA cm-2的优异光电流,比单纯的 g-C3N4光电阴极(相同条件下,-32 μA cm-2)高出三倍。
2023-2024学年江苏省无锡市高三上学期期终教学质量调研测试化学卷含详解
无锡市2023年秋学期高三期终教学质量调研测试化学2024.1注意事项:1.本试卷分选择题和非选择题两部分,共100分。
考试时间75分钟。
2.答案全部写在答题卡上,写在试卷纸上一律无效。
3.可能用到的相对原子质量:H1Li7C12N14O16Na23S32K39Fe56I127一、单项选择题:共13题,每题3分,共39分。
每题只有一个选项最符合题意。
1.江南大学科学家利用双点位催化剂实现由二氧化碳和氢气一步合成乙醇。
下列说法正确的是A.该反应有利于实现碳中和 B.该反应中C 的化合价不变C.与氢能相比乙醇不易储存D.乙醇的结构简式为26C H O2.碳化钙的晶胞如图所示,反应22222CaC 2H O C H Ca(OH)+=+↑常用于制备22C H 。
下列有关说法正确的是A.1个22C H 中含1个π键B.22C -的电子式为C.碳化钙晶胞中含4个22C -D.2Ca(OH)属于共价晶体3.实验室拟制取少量液氯。
干冰、液氯和氯化氢的沸点分别为78.5C 34C -︒-︒、和85.1C -︒,下列实验装置或操作不能..达到实验目的的是A.用装置甲制取氯气B.用装置乙干燥氯气C.用装置丙液化氯气D.用装置丁吸收尾气4.古太古代地球大气中含有大量34NH CH 、和2H O 蒸气等气体。
下列说法正确的是A.原子半径:()()()r O >r N >r C B.第一电离能:()()()111I O >I N >I CC.热稳定性:432CH NH H O >>D.分子中键角:432CH NH H O>>阅读下列材料,完成有关问题:硫(S )元素约占地球总质量的1.9%,广泛分布并循环于大气圈、水圈、生物圈、岩石圈以及地球内部各圈层。
硫有32S (占95.04%)、34S (占4.20%)、33S (占0.75%)和36S (占0.01%)四种同位素。
硫元素主要以氢化物、硫化物、含氧酸和含氧酸盐等主要形式存在。
纳米晶体材料的制备与应用
纳米晶体材料的制备与应用纳米材料是指具有至少一个纬度在100纳米以内的结晶或非晶材料。
与传统的宏观材料相比,纳米材料具有较大的比表面积和更多的表面能量,具有很多奇特的物理、化学性质和应用特性。
尤其是纳米晶体材料,由于具有结晶短程有序性、断裂韧性等优秀性能,因此具有广阔的应用前景。
一、纳米晶体材料的制备制备纳米晶体材料的方法非常多样,可以按照材料的来源、制备方法、所用设备等不同方面进行分类。
以下是主要的制备方法。
1.气相沉积法该方法是通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等方法,使一定的金属、非金属等原子或分子在特定条件下沉积到固定基底上,形成纳米晶体材料。
该方法简单易操作,制备效率高,但需要掌握好参数条件,如工作压力、气体流量等。
2.湿法制备法湿法制备法又称为化学合成法,是利用水溶液或有机溶液中的化学反应,在液体中形成纳米晶体。
其具体方法有溶胶-凝胶法、反相微乳液法、沉淀法、水热法等。
这些方法普遍用于制备金属氧化物、金属复合物、半导体量子点等复杂形状的纳米晶体材料。
3.机械制备法机械制备法是指通过机械力学的方法制备纳米晶体材料,常见的方法有球磨法、高能球磨法、剪切法等。
该方法操作简单,成本较低,但制备时间较长,对设备有一定的要求,同时会带来机械能的消耗和磨损。
二、纳米晶体材料的应用1.制备催化剂纳米晶体材料具有较大的比表面积,使其在催化反应中具有更高的活性,可以提高催化效率,降低反应温度和反应时间。
目前,利用纳米晶体材料制备催化剂已成为当代重要的研究方向之一。
常见的纳米晶体催化剂有金属氧化物、金属复合物、碳材料等。
2.制备水净化材料水净化领域开发出了很多可控合成的纳米晶体材料,并取得了很好的应用效果。
其中,具有高效去除重金属离子、有机物、杂质离子等能力,且对水质不影响的纳米晶体材料越来越受到研究者的关注。
可用于饮用水净化、污水处理等环境水处理。
3.制备电子材料纳米晶体材料在电子材料领域的应用有着广阔的前景。
《2024年基于CeO2的金属纳米催化剂设计合成及其在光催化甲酸产氢中的应用》范文
《基于CeO2的金属纳米催化剂设计合成及其在光催化甲酸产氢中的应用》篇一一、引言随着环境问题的日益严重和能源需求的持续增长,寻找高效、环保的能源转换和存储技术已成为科研领域的热点。
光催化技术以其独特的优势,如可在温和条件下实现反应,为解决能源和环境问题提供了新的途径。
在众多光催化剂中,基于CeO2的金属纳米催化剂因其良好的氧化还原性能、高的光催化活性及稳定性而备受关注。
本文将详细介绍基于CeO2的金属纳米催化剂的设计合成及其在光催化甲酸产氢中的应用。
二、CeO2基金属纳米催化剂的设计合成1. 材料选择与制备方法CeO2作为一种重要的稀土氧化物,具有优异的储氧能力和良好的氧化还原性能。
为了进一步提高其光催化性能,通常将其他金属(如Pt、Au、Ag等)引入CeO2体系中,形成复合型纳米催化剂。
制备方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、化学气相沉积法等。
2. 结构设计与性能优化针对不同的应用需求,可通过调整催化剂的组成、形貌、尺寸等参数,优化其光催化性能。
例如,通过控制合成条件,可制备出具有高比表面积的多孔结构、暴露更多活性位点的特定晶面结构等,从而提高催化剂的光吸收能力和反应活性。
三、光催化甲酸产氢的应用1. 反应原理在光催化甲酸产氢过程中,CeO2基金属纳米催化剂扮演着关键角色。
当光照在催化剂上时,催化剂吸收光能,产生光生电子和空穴。
这些光生载流子能够与甲酸发生氧化还原反应,从而实现产氢。
2. 催化剂性能评价催化剂的性能评价主要依据其产氢速率、稳定性、选择性等指标。
通过对比不同催化剂在相同条件下的产氢性能,可以评估其优劣。
此外,还可以通过表征手段(如XRD、SEM、TEM等)对催化剂的形貌、结构等进行分析,以揭示其性能优劣的原因。
四、实验结果与讨论1. 实验结果通过设计合成不同组成的CeO2基金属纳米催化剂,并在光催化甲酸产氢实验中对比其性能,我们发现,某些催化剂表现出较高的产氢速率和稳定性。
例如,某款Pt-CeO2催化剂在光照条件下,能够在较短的时间内实现较高的产氢量。
纳米精选材料制备方法
纳米资料的制备方法一、前言纳米资料和纳米科技被宽泛认为是二十一世纪最重要的新式资料和科技领域之一。
早在二十世纪 60 年代,英国化学家 Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。
纳米资料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的资料。
当粒子尺寸小至纳米级时,其自己将拥有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子地道效应,这些效应使得纳米资料拥有好多奇怪的性能。
自1991 年Iijima 首次制备了碳纳米管以来,一维纳米资料由于拥有好多独到的性质和广阔的应用远景而引起了人们的宽泛关注。
纳米结构无机资料因拥有特其他电、光、机械和热性质而碰到人们越来越多的重视。
应用纳米技术制成超细或纳米晶粒资料时,其韧性、强度、硬度大幅提高,使其在难以加薪资料刀具等领域据有了主导地位。
使用纳米技术制成的陶瓷、纤维宽泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。
纳米资料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶资料和非晶体资料的值,这是由于界面原子排列较为凌乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。
所以在储热资料、纳米复合资料的机械耦合性能应用方面有其宽泛的应用远景。
由于晶界面上原子体积分数增大,纳米资料的电阻高于同类粗晶资料,甚至发生尺寸引诱金属——绝缘体转变(SIMIT)。
利用纳米粒子的地道量子效应和库仑拥堵效应制成的纳米电子器件拥有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代当前的老例半导体器件。
纳米巨磁电阻资料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系,所以也能够用作新式的磁传感资料。
高分子复合纳米资料对可见光拥有优异的透射率,对可见光的吸取系数比传统粗晶资料低得多,而且对红外波段的吸取系数最少比传统粗晶资料低 3 个数量级,磁性比 FeBO3和 FeF3 透明体最少高 1 个数量级,从而在光磁系统、光磁资料中有着宽泛的应用。
二、纳米资料的制备方法(一)、机械法机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。
费托合成联产高碳醇高分散负载型cu-fe双金属纳米催化剂的可控制备及反应机理
费托合成联产高碳醇高分散负载型cu-fe双金属纳米催化剂的
可控制备及反应机理
费托合成是一种重要的工业化学反应,用于将碳气化产物转化为高碳醇燃料。
然而,传统的费托合成催化剂存在一些问题,如活性低、选择性差和催化剂寿命短等。
为了改善传统催化剂的性能,研究人员开始开发高分散负载型双金属纳米催化剂。
这些催化剂以纳米尺度的金属颗粒为基础,通过合理的负载方法将其固定在载体上。
其中,Cu-Fe双金属
纳米催化剂受到广泛关注,因为Cu和Fe都是费托合成反应
中常用的催化剂。
可控制备高分散负载型Cu-Fe双金属纳米催化剂是实现其优异性能的关键。
首先,需要选择合适的负载材料,并通过适当的方法将Cu和Fe离子负载在载体上。
常用的载体材料包括氧
化物、炭材料和纳米碳管等。
其次,需要控制负载过程中的温度、时间和溶剂等参数,以确保金属颗粒的高度分散性。
最后,通过适当的还原处理,将离子还原为金属颗粒。
Cu-Fe双金属纳米催化剂的反应机理尚不完全清楚,但已有一
些研究取得了进展。
一种可能的机理是,Cu和Fe之间存在协
同效应,Cu提供了活性位点来吸附和激活气体分子,而Fe则
参与生成反应中间体和产物。
另外,还有研究表明,Cu和Fe
的相互作用可以调控费托合成反应的选择性,提高所需产物的选择性。
总的来说,可控制备高分散负载型Cu-Fe双金属纳米催化剂是
一种潜在的费托合成催化剂,它可以提高反应的活性和选择性。
然而,仍然需要进一步研究来深入理解其制备过程和反应机理,并进一步优化其性能。
纳米催化剂及其应用
3 纳米催化剂的制备方法
3.6 离子交换法
首先,对沸石、 SiO2等载体表面进行处理 ,使H+、 Na+等活性较强的阳离子附着在载体表面上,然后将 此载体放入含 Pt(NH 3)5Cl2+等贵金属阳离子基团的 溶液中,通过置换反应使贵金属离子占据活性阳离子 原来的位置,在载体表面形成贵金属纳米微粒。
4.2 纳米催化剂在环境保护领域的应用
4.2.2汽车尾气处理
COx和NO气体是汽车尾气排放物中的主要污 染成分。负载 NCs Pt- γ-Al 2O3-CeO2有效地解决 了催化剂使用温度范围与汽车尾气温度范围不匹配 的问题,催化 CO转化率可高达 83%。
在存在氧气条件下, Pd-RhNCs 在CO氧化 过程中表现出很高的活性,而在无氧状态下, Pt-RhNCs 活性更高;对于 NO还原反应,无论 氧气存在与否, Pt-RhNCs 都表现出较高的催 化活性。此外,沉积在过渡金属氧化物 Fe2O3 上的纳米Au 微粒对于室温下 CO的氧化也具有 很高的催化活性。
1.3 纳米半导体粒子光催化剂
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化 剂,纳米半导体比常规半导体光催化活性高得多。
目前在光催化降解领域所采用的光催化剂多为 N型 半导体材料,如 TiO2、ZnO、Fe3O4、SnO2、 WO3、CdS等,但由于光腐蚀和化学腐蚀的原因 , 实用性较好的有 TiO2和ZnO,其中以TiO2的使用 最为广泛。
纳米催化科,研 究的内容涉及现代科技的广阔领域
? 纳米物理学 ? 纳米化学 ? 纳米材料学 ? 纳米生物学 ? 纳米电子学 ? 纳米加工学 ? 纳米力学
理论基础 最重要的内容
纳米材料的制备和研究是整个纳米技术的基础
高活性位点裸露的金属纳米晶体的可控合成进展
管理及其他M anagement and other高活性位点裸露的金属纳米晶体的可控合成进展王珍妮,李智敏*(西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院,陕西 西安 710126)摘 要:高活性位点裸露的金属纳米晶体,由于具有高密度的原子台阶和悬挂键等,在催化领域有很重要的应用前景。
然而,由于高活性位点具有高的表面能,在晶体生长过程中较快消失,因此高活性位点裸露的金属纳米晶制备存在一定的挑战。
本文综述了近年来制备高活性位点裸露的金属纳米晶体的一些最新研究成果,并提出高活性纳米晶体的未来发展趋势,包括仍需要发展新的制备工艺,如何提高高活性位点的稳定性,以及进一步探索新的应用领域等。
关键词:金属纳米晶体;高活性位点;合成;催化性能中图分类号:O643.36 文献标识码:A 文章编号:11-5004(2020)07-0155-5收稿日期:2020-04基金项目:中央高校基本科研专项资金资助(JB181404)。
作者简介:王珍妮,女,生于1986年,博士,讲师,研究方向:形貌可控金属纳米晶的可控合成及催化性能。
近年来,由于金属纳米材料具有独特的物理化学性质,使其在化学工业、新能源材料、生物医药、催化等领域存在巨大的应用价值。
在金属纳米晶中,金属催化剂一直是研究的热点。
由于金属储存量稀少且价格昂贵,因此如何提高金属纳米晶的催化性能成为影响其应用的关键问题之一。
目前,主要通过增大金属催化剂的比表面积和调节金属催化剂的表面结构两种途径来提高金属催化剂的使用效率[1,2]。
然而,通过减小金属纳米晶体的尺寸来增大催化剂的比表面积,仅限于提高催化反应中催化剂的催化效率,这种方法对催化反应的选择性无任何改变。
相比之下,通过调节金属纳米催化剂的表面结构,使催化剂具有更多的活性位点,不仅可以提高催化反应的反应活性,还可以改变催化反应的选择性。
对金属纳米晶体而言,高能面上由于存在较高活性的台阶位、扭结原子,以及更多的表面悬挂键等,在晶体生长过程中生长速度较快,往往较快消失,导致晶体最后裸露的晶面反而为表面能较低的晶面。
双极膜研究进展及应用展望
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 1 期双极膜研究进展及应用展望罗芬,杨晓琪,段方麟,李小江,吴亮,徐铜文(中国科学技术大学化学与材料科学学院,安徽 合肥 230026)摘要:双极膜是一类具有特殊“三明治”结构的离子交换膜。
在反向偏压下,双极膜界面层独特的水解离行为使其具有在线生成H +和OH −能力,因而在酸碱生产、资源分离回收等领域发挥着越来越重要的作用。
双极膜界面层催化剂的引入可以有效降低水解离反应电阻。
然而,大部分双极膜由于界面层构筑不当使其存在水解离电压过高、膜层结合力差、催化剂泄漏以及第一极限电流密度大等问题,无法实现大规模的工业化制备及应用。
因此,本文立足于双极膜及技术近期研究进展,从双极膜的水解离机理出发,综述了界面层催化剂的种类、界面构筑方式及膜层的复合工艺三个方面的研究进展,深度分析了浸蘸法、涂覆法、静电组装、原位生长、层层堆叠等界面催化剂固定方式的优缺点,力求为双极膜的规模化制备提供相应的理论支撑。
文中也指出了双极膜在工业化酸碱生产过程中的瓶颈问题,提出了不对称双极膜电渗析在工业化酸碱生产应用中的关键作用。
最后对双极膜的电化学应用前景进行了展望,即应该努力探索双极膜在电解水制氢、二氧化碳还原、电化学合成氨、燃料电池、液流电池等能源领域的应用前景,以此来推动双极膜的发展。
关键词:双极膜;界面层;催化剂;水解离;电化学应用中图分类号:TQ31 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2024)01-0145-19Recent advances in the bipolar membrane and its applicationsLUO Fen ,YANG Xiaoqi ,DUAN Fanglin ,LI Xiaojiang ,WU Liang ,XU Tongwen(School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, Anhui, China)Abstract: Bipolar membranes (BPMs) with a unique “sandwich ” structure are a particular class of ion-exchange membranes. Under reverse bias, the unique water dissociation (WD) feature and the local pHcontrol extensively apply the BPMs in acid/base production, resource separation and recovery. The WD resistance can be effectively reduced via the introduction of catalyst at the interfacial layer (IL) of BPMs.However, due to the imperfections of the IL, most BPMs have unwanted behaviors, such as high WD voltage, severe membrane delamination, catalyst leakage and high limiting current density, which leads to the large-scale industrial application of BPMs being unachievable. Therefore, based on the latest research progresses of BPMs, beginning with the WD mechanism of BPMs, this paper reviewed the research progress in three aspects: the types of interfacial layer catalyst, the construction methods of IL and the composite process of the membrane layers. Also, this paper deeply analyzed the merits and demerits ofinterfacial catalyst fixation methods such as immersion method, coating method, electrostatic assembly,特约评述DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1260收稿日期:2023-07-21;修改稿日期:2023-09-28。
粉体的合成制备方法
粉体的合成制备方法发展状况如今,粉体的合成制备经过多年的发展,制备合成方法已经变得各种各样按理论也可分为物理和化学方法等纳米粒子的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。
1.物理方法(1)真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。
其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。
2)物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。
其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。
(3)机械球磨法采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。
其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。
2. 化学方法(1)气相沉积法利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。
其特点产品纯度高,粒度分布窄。
(2)沉淀法把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料。
其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。
(3)水热合成法高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。
其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。
(4)溶胶凝胶法金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低温热处理而生成纳米粒子。
其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制备。
(5)微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。
其特点粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。
按照反应物的相可分为三类气相合成法,固相合成法和液相合成法。
一、气相合成法(1)电阻加热法是通过电阻加热来实现气相粉体制备的方法,典型工艺如蒸发冷凝工艺及化学气相沉积工艺。
前者可制备多种金属纳米粉体;后者可制备氧化物粉体,也可制备氮化物和碳化物等非氧化物粉体。
(2)电子束加热法同样有蒸发冷凝和CVD两种工艺,只是以电子束加热。
该法是从制模工艺发展而来,为避免形成薄膜材料,采用流动油面积。
水热溶剂
水热法、溶剂热法合成摘要:文章介绍了水热法分类、合成装备、合成流程及合成后的表征。
本文介绍了溶剂热法的特点,综述了溶剂热法在非氧化物纳米材料如Ⅲ一V族半导体、金刚石、碳化物、氮化物、金属硫属化合物及一维纳米材料制备中的研究进展,并对溶剂热法合成纳米材料的发展方向进行了展望。
关键词:水热法分类合成装备溶剂热法纳米材料非氧化物水热法合成水热法生长晶体,是19世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的,地质学家Murchison首次使用“水热”一词,1905年水热法开始转向功能材料的研究。
自l9世纪7O年代兴起水热法制备超细粉体后很快受到世界许多国家的重视讶。
水热法(Hydrotherma1),属液相化学的范畴,是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶液作为反应体系,通过对反应体系加热,加压(或自生蒸气压),创造一个相对高温、高压的反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
在常温常压下一些从热力学分析看可以进行的反应,往往因反应速度极慢,以至于在实际上没有价值,但在水热条件下却可能使反应得以实现。
这主要因为在水热条件下,水的物理化学性质(与常温常压下的水相比)将发生下列变化:①蒸汽压变高;②粘度和表面张力变低;③介电常数变低;④离子积变高;⑤密度变低;⑥热扩散系数变高等。
在水热反应中,水既可作为一种化学组分起作用并参与反应,又可是溶剂和膨化促进剂,同时又是压力传递介质,通过加速渗透反应和控制其过程的物理化学因素,实现无机化合物的形成和改进。
水热合成法既可制备单组分微小单晶体,又可制备双组分或多组分的特殊化合物粉末,克服某些高温制备不可克服的晶形转变、分解、挥发等。
并且用水热法制备出的纳米晶,晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚,原料较便宜,可以得到理想的化学计量组成材料,颗粒度可以控制,生成成本低。
水热法在合成配合物方面具有如下优势:①明显降低反应温度(100℃一250℃);②能够以单一步骤完成产物的合成与晶化(不需要高温热处理)、流程简单;③能够很好地控制产物的理想配比;④制备单一相材料;⑤可以使用便宜的原材料,成本相对较低;⑥容易得到好取向,更完整的晶体;⑦在成长的晶体中,比其他方法能更均匀地进行掺杂;⑧能调节晶体生长的环境。
973项目申报书——2009CB930600-有机纳米材料在显示器件中的应用及相关原理
项目名称:有机纳米材料在显示器件中的应用及相关原理首席科学家:黄维南京邮电大学起止年限:2009.1至2013.8依托部门:教育部一、研究内容1、有机纳米光电材料的分子设计与可控合成有机纳米光电材料的分子设计与可控合成主要集中在制备高迁移率纳米尺度有机半导体材料,有机纳米薄膜发光材料,有机纳米带隙调控材料,有机纳米电极材料及界面修饰材料。
(1)纳米尺度有机半导体材料蒸镀型纳米尺度有机半导体材料:主要发展线性、盘状和球状有机共轭分子,特别是一维、二维和三维有机纳米半导体材料;溶液加工型有机纳米半导体材料:特别是在5-30 nm尺寸范围、单分散的有机共轭小分子、共轭寡聚物以及结构明确的树枝状纳米共轭分子等;自组织或自组装特性的有机纳米晶体材料:着重发展分子间具有π-π相互作用和电荷转移相互作用的共轭分子,引入氢键等弱相互作用、液晶性等自组装特性有机纳米晶体材料。
(2)有机纳米薄膜发光材料有机材料处于纳米尺度时,具有发光增强、蓝移及谱带变窄等特性,因此,有机纳米材料作为发光活性材料具有潜在的优势。
项目拟针对有机纳米材料的发光特性,从以下几个方面展开工作:高发光效率有机纳米薄膜材料:主要发展荧光和磷光型树枝状过渡金属配合物纳米光电显色介质、高效率和窄谱带三基色有机纳米发光材料和相关电子/空穴注入与传输材料、结构可调控的光电活性嵌段高分子纳米显色介质;高发光纯度有机稀土薄膜材料:主要发展能高纯度发射红、绿、蓝三基色的有机稀土络合物发光材料,并通过化学方法引入相关电子/空穴注入与传输基团,提高器件的发光纯度及效率;高效稳定的共轭高分子薄膜材料:主要发展高分子量、分子量分布窄且结构规整的共轭类高分子,通过引入大的刚性取代基(如:螺环等芳香基团)抑制聚集体的形成,提高了材料的发光效率和光谱稳定性,同时提高了材料的玻璃化温度;有机/无机杂化纳米半导体材料,特别是发光材料及电荷传输材料:解决有机发光材料的迁移率偏低及有机发光材料发射光谱宽带来的色纯度下降的等问题;同时研究有机/无机杂化纳米光电材料的溶液加工技术。
氧化铁制备的方法
氧化铁制备的方法制备氧化铁的方法有很多,根据反应物料的状态分别有干法和湿法两种。
干法又包括气相法和固相法两种,其中气相法包括热分解法、鲁式法、焙烧法等。
其中湿法包括空气氧化法、水解法、沉淀法、溶胶−凝胶法等;此外,还有催化法、包核法、水热法等工艺改进方法。
2.1 干法气相法通常以羰基铁(Fe(CO)5)或者二茂铁(FeCP2)等为原材料,采用气相沉积、低温等离子化学沉积法(PCVD)、火焰热分解或激光热分解等方法来制备。
固相法是把金属盐或金属氧化物按照配方充分混合、研磨以后进行煅烧,固相反应结束后,直接产生纳米粒子或研磨方法得到纳米粒子。
2.1.1 热分解法热分解法通常以羰基铁(Fe(CO)5)或二茂铁(FeCP2)等为原材料,利用火焰热分解、激光分解或气相分解等技术制备而成。
蔺恩惠等采用激光气相反应法,光源采用红外激光脉冲CO2激光器、以(Fe(CO)2)/O2作为反应物质,利用爆炸式反应,同时能够得到晶形和无定形态的三氧化二铁超细粉;该方法具有反应时间较短,工艺简单,产率高,能耗低等优点。
余高奇等利用Fe(NO3)3·9H2O在高温加热到一定的温度会分解的特性,利用配制成的Fe(NO3)3·9H2O 的盐液体,经过超临界干燥,直接可得到纳米级氧化铁粉。
热分解法具有操作环境好,影响因素少,产品质量高,工艺流程简单,分散性好,粒子超细等特点。
但是其技术难度较大,对设备的结构和材质要求较高,一次性投资耗费大。
2.1.2 焙烧法传统的焙烧法通常指的是绿矾焙烧法,该方法是指硫酸亚铁经过高温煅烧得到氧化铁红。
该方法因为产生的SO2和SO3等气体严重污染环境,只应用于小规模生产。
此外,还有煅烧铁黄、煅烧铁黑法。
孙本良等提出一种利用化工等行业产生废铁泥为原料得到氧化铁红的工艺,该工艺包括筛分、磁选、煅烧等几个过程,其炉尾废气中粉尘通过除尘器收集后一方面可以作为后续产品的原料,另一方面能净化空气,根本上解决了以往生产工艺所产生的废气而带来的一系列环境污染问题。
Eu掺杂的Y3Al5O12(YAG)纳米粉的低温合成及荧光性质
Eu掺杂的Y3Al5O12(YAG)纳米粉的低温合成及荧光性质[摘要] 本文以复分解/熔融盐和共沉淀/熔融盐两种方法在350℃条件下制备了Y3Al5O12(YAG)纳米粉和YAG:Eu3+。
使用XRD、TEM、Raman、IR、荧光等方法进行表征,显示出两种方法制得的微晶大小分别为23-31nm和51nm;Raman和IR显示500℃制备的结晶度好;荧光发射光谱显示强高敏感度的5D0→7F2跃迁和磁偶极5D0→7F1跃迁较强。
制得的YAG:Eu3+的发射性能与大块YAG有显著不同。
复分解/熔融盐法属于室温下机械力诱发的固体间化学反应,适用于制备稀土掺杂的YAG,具有工艺简单,成本低廉的特点,适用于大规模工业化生产。
[关键词] 低温固相反应;机械化学反应;助熔剂;稀土发光材料;1.序言1.1低温固相反应法低温固相反应法是近年来发展起来的一种合成材料的新手段。
与高温固相反应法(反应温度要在600℃以上)相比,低温固相法更适合合成低温条件下稳定的介稳态化合物以及动力学控制的化合物,高温固相反应法只能合成热力学稳定的化合物。
1.2机械力诱导的低温固相反应原理低温固相反应法的基本原理为:形成冷溶熔层—原子扩散—合成反应—形核—长大。
具体是以下三步:(1)反应物颗粒在机械研磨作用下混合均匀,由于颗粒自身带有结晶水,因此在反应初期阶段可以在外表面上形成一层薄薄的冷溶熔层;(2)反应物原子通过在表面冷溶熔层扩散发生化学反应,生成目标产物。
一般来说,表面冷溶熔层可以看做一个微反应区,原子在微反应区内扩散并发生化学反应,生成目标产物;(3)反应过程中继续研磨,这样颗粒表面的冷溶熔层就会在外力的作用下不断脱落,颗粒表面又可以形成新的冷溶熔层;相应的,已合成的产物形核与长大过程也随之进行,并最终合成出所需物相。
在最初反应时期,颗粒之间存在着固相界面,该界面对反应物的原子扩散有阻碍作用,外部条件(如机械研磨、提高反应温度)改变时固相接触面形成冷溶熔层;在冷溶熔层中,扩散阻力减小,参加反应的原子增多,反应速度加快;与此同时,一定量的原反应物中的结晶水以极高的速度被释放,有利于更多的微量溶剂进入反应区,形成新的冷溶熔层。
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One-Step Controllable Synthesis for High-Quality UltrafineMetal Oxide Semiconductor Nanocrystals via a SeparatedTwo-Phase Hydrolysis ReactionKangjian Tang,†,‡Jianan Zhang,|Wenfu Yan,|Zhonghua Li,|Yangdong Wang,‡Weimin Yang,‡Zaiku Xie,‡Taolei Sun,*,†,§and Harald Fuchs†,§Physikalisches Institut,Muenster Uni V ersity,Muenster48149,Germany,Center for Nanotechnology,Muenster48151,Germany,Shanghai Research Institute of PetrochemicalTechnology,SINOPEC,Shanghai201208,P.R.China,and State Key Laboratory of InorganicSynthesis and Preparati V e Chemistry,College of Chemistry,Jilin Uni V ersity,Changchun130012P.R.ChinaReceived October31,2007;E-mail:Sunt@uni-mienster.deAbstract:A one-step synthesis method is described to prepare high-quality ultrafine inorganic semiconductor nanocrystals via a two-phase interface hydrolysis reaction under hydrothermal conditions.With the synthesis of ZrO2quantum dots as an example,we show that the prepared nanocrystals have good monodispersity and high crystallinity,as well as other related superior properties,e.g.,strong photoluminescence and excellent photocatalytic activities.Also the crystal size can be conveniently adjusted in the range below10 nm through controlling the reaction temperature.Besides that,this method also shows other distinct advantages compared with other methods reported previously.First,the preparation process is simple and cheap and does not contain any complicated posttreatment procedure.Second,products(without coating)can be collected from the organic phase which effectively avoids grain aggregation induced by the capillary concentration in the water environment.Third,the production yield is very high(almost100%) and the organic and water phases after reaction can be easily recycled for next reaction.Therefore,it provides a promising strategy for the large-scale industrial production of different kinds of high-quality inorganic nanocrystals.IntroductionInorganic semiconductor nanocrystals1-3have attracted great interest in recent decades due to their importance in a wide variety of applications including photocatalysis,4-6electric devices,7light-emitting devices,8,9solar cells,10bioimaging, biosensors,11,12etc.Although numerous methods have been developed to fabricate these kinds of materials,13such as the sol technique,14,15micelles or emulsion method,16sol-gel process,17,18hydrothermal synthesis,19,20pyrolysis,21,22chemical vapor deposition,23etc.,they usually suffer from complicated preparation and posttreatment procedures or problems of ag-gregation or poor monodispersity,which greatly influence their properties and restrict their large-scale production and successful applications in industry.Simple methods that are suitable for industrial production to prepare monodispersed semiconductor nanocrystals with tunable size(especially under10nm)still remain a big challenge.†Muenster University.‡SINOPEC.§Center for Nanotechnology. |Jilin University.(1)Wang,Y.;Herron,N.J.Phys.Chem.1991,95,525-532.(2)Fernandez-Garcia,M.;Martinez-Arias,A.;Hanson,J.C.;Rodriguez,J.A.Chem.Re V.2004,104,4063-4104.(3)Kong,X.Y.;Ding,Y.;Yang,R.;Wang,Z.L.Science2004,303,1348-1351.(4)Kalyanasundaram,K.Photochemistry in Microheterogeneous Systems;Academic Press:New York,1987.(5)Gratzel,M.Heterogeneous Photochemical Electron Transfer;CRC Press:Boca Raton,FL,1989.(6)Lewis,L.N.Chem.Re V.1993,93,2693-2730.(7)Kamat,P.V.;Meisel,D.Semiconductor Nanoclusters-Physical,Chemical,and Catalytic Aspects;Elsevier Science:New York,1997.(8)Wang,Y.Acc.Chem.Res.1991,24,133-139.(9)Gaponik,N.P.;Talapin,D.V.;Rogach,A.L.Phys.Chem.Chem.Phys.1999,1,1787-1789.(10)Gur,I.;Fromer,N.A.;Geier,M.L.;Alivisatos,A.P.Science2005,310,462-465.(11)Bruchez,M.;Moronne,M.;Gin,P.;Weiss,S.;Alivisatos,A.P.Science1998,281,2013-2016.(12)Alivisatos,A.P.;Gu,W.;Larabell,C.Annu.Re V.Biol.Eng.2005,7,55-76.(13)Burda,C.;Chen,X.;Narayanan,R.;El-Sayed,M.A.Chem.Re V.2005,105,1025-1102.(14)Murray,C.B.;Norris,D.J.;Bawendi,M.G.J.Am.Chem.Soc.1993,115,8706-8715.(15)Yin,M.;O’Brien,S.J.Am.Chem.Soc.2003,125,10180-10186.(16)Murray,C.B.;Norris,D.J.;Bawendi,M.G.J.Am.Chem.Soc.1993,115,8706-8715.(17)Li,Y.;White,T.;Lim,S.H.Re V.Ad V.Mater.Sci.2003,5,211-215.(18)Mondelaers,D.;Vanhoyland,G.;Van den Rul,H.;D’Haen,J.;Van Bael,M.K.;Mullens,J.;Van Poucke,L.C.Mater.Res.Bull.2002,37,901-914.(19)Wang,X.;Zhuang,J.;Peng,Q.;Li,Y.Nature2005,437,121-124.(20)Liao,Q.L.;Tannenbaum,R.;Wang,Z.L.J.Phys.Chem.B2006,110,14262-14265.(21)Depero,L.E.;Bonzi,P.;Musci,M.;Casale,C.J.Solid State Chem.1994,111,247-252.(22)Li,W.;Gao,L.;Guo,J.Nanostruct.Mater.1998,10,1043-1049.(23)Gao,P.;Ding,Y.;Wang,Z.Nano Lett.2003,3,1315-1320.(24)Parthasarathy,R.;Martin,C.R.Nature1994,369,298-301.(25)Miao,Z.;Xu,D.;Ouyang,J.;Guo,G.;Zhao,X.;Tang,Y.Nano Lett.2002,2,717-720.Published on Web02/07/200826769J.AM.CHEM.SOC.2008,130,2676-268010.1021/ja0778702CCC:$40.75©2008American Chemical SocietyIn this contribution,we report a novel simple one-step controllable preparation method for high-quality ultrafine metal oxide semiconductor nanocrystals via the two-phase hydrolysis reaction under hydrothermal conditions.With an example of sub-10nm ZrO 2quantum dots (qdots),we show that the products have good monodispersity and high crystallinity,as well as other related superior properties,e.g.,strong photolu-minescence,excellent photocatalytic activities,etc.More in-terestingly,the crystal size can be conveniently adjusted in the range below 10nm through controlling the reaction temperature.Besides that,this method also shows other distinct advantages compared with other methods reported previously.First,the preparation process is simple and cheap and does not contain any complicated posttreatment procedure.Second,products (without coating)can be collected from the organic phase which effectively avoids grain aggregation induced by the capillary concentration in water environment.Third,the production yield is very high (almost 100%)and the organic and water phases after reaction can be easily recycled for the next reaction.It would be especially beneficial for industrial production and help to largely reduce production costs.Therefore,it provides a promising strategy for large-scale industrial production of different kinds of high-quality inorganic nanocrystals,provided that an appropriate two-phase reaction can be found.Results and DiscussionThe essence of our method is the combination of the interface hydrolysis and nucleation process in the confined nanoscale organic matrix and the crystallization process under hydrother-mal conditions.Scheme 1shows the preparation process of ZrO 2qdots as an example.The water phase and the organic phase (toluene,bp 110°C)containing a metal alkyl oxide precursor (Zr(OC 4H 9)4(TBZ))were placed separately in the same Teflon-lined hydrothermal chamber.Under hydrothermal temperatures (100-240°C),the water and organic phases are much different from those at normal conditions because of the autogenous high pressure when the temperature exceeds the boiling points of water and toluene.It is a nonliquid and nongas state,and the two phases may exist as tiny droplets that diffuse gradually to the other side to form an interface.The hydrolysis reaction between TBZ and water will occur immediately when the water and toluene droplets meet and collide with each other,and the crystal nucleus will form simultaneously in this way.At thesame time,the hydrothermal conditions also provides a stable environment for further crystallization.The tiny toluene droplets can act as nanoreactors with uniform sizes which confine the further growth of the nanocrystals.It is a dynamic process that the droplet sizes and the collisions between different droplets largely depend on the reaction temperature.Therefore,it provides a convenient approach to control the nanocrystal size through adjusting the reaction temperature.The nanocrystals will deposit in the organic phase because toluene has a higher boiling point than water and thus the interface may locate at the organic phase side.The separation of the water and organic phases can efficiently prevent further growth of the nanocrystals during the remaining hydrothermal period because the hydrolysis reaction can only occur at the interface area,which is especially helpful to prepare the monodispersed ultrafine (e.g.,<10nm)nanocrystals.Product Characterizations.The ZrO 2samples collected from the organic phase are all fine white powders with a yield higher than 99.9%(only very small amount (less than 0.1%)of product can be found in water phase).1H NMR (Supporting Information Figure S1)study reveals that there is no unreacted TBZ and only an amount of n -butanol (the resultant of the hydrolysis reaction)exists in the organic phase,indicating that the reaction is very complete.And the chemical analysis on the organic and water phases further shows that there is only a trace amount of water in the organic phase and negligible toluene in the water phase.The above obsevations show that the resultant solutions can be easily recycled for the next reaction,and thus,this method is environmental friendly and has great potential for large-scale production in industry.Figure 1a shows the typical transmission electron microscope (TEM)image for a product prepared with hydrothermal tem-perature of 160°C.The product shows excellent dispersity although there is no organic coating (as the reaction system only contains the reactant,water,and toluene)on the particle surface.This is much different from the phenomena observed for other methods to prepare the uncoated inorganic nanocrystals,in which serious aggregation will usually be observed due to theScheme 1.Diagram for the Preparation Process with ZrO 2as an ExampleaaKey:(1)Evaporation and diffusion of two phases in the autoclave is shown.(2)Hydrolysis reaction occurs at the interface area of two phases.(3)Shown are zro 2qdots formation and crystallization by the hydrolysis and hydrothermal reactions,which will mainly deposit into the organic phase.(4)After the separation of solid products,the organic phase could be easily recycled for the next reaction by the fractionationmethod.Figure 1.(a)Low-resolution TEM and (b)corresponding high-resolution TEM images of ZrO 2qdots prepared at 160°C.Further magnified images show the coexistence of the (c)tetragonal and (d)monoclinic ZrO 2qdots in the samples.Metal Oxide Semiconductor NanocrystalsA R T I C L E SJ.AM.CHEM.SOC.9VOL.130,NO.8,20082677capillary condensation induced by water evaporation.This reveals that the collection in a suitable organic phase may serve as an efficient strategy to solve such a kind of problem.The corresponding high-resolution TEM image (Figure 1b)shows that the samples are well crystallized round qdots with good monodispersity and particle size of ∼4.4nm,the crystal lattice of which can be clearly observed in further magnified images (Figure 1c,d).Meanwhile,the orthogonal lattice (D 1≈0.296nm,Figure 1c)and the parallel lattice (D 2≈0.318nm,Figure 1d)for different particles can be indexed to the (111)plane of the tetragonal and the (1h 11)plane of the monoclinic ZrO 2structure,respectively.This implies the coexistence of the tetragonal and monoclinic ZrO 2qdots in the samples.The particle sizes of the ZrO 2qdots prepared under different hydrothermal temperatures were further investigated by the small-angle X-ray scattering (SAXS)technique.26The curves of the distribution function (Figure 2a)that calculated from the SAXS patterns (see Supporting Information)show a good monodispersity for all the samples that were prepared at different temperatures,and their average sizes increase monotonously from ∼1.0to ∼6.1nm when the temperature increases from 110to 240°C (Figure 2b).This indicates an excellent controllability over the grain size of the nanocrystals through adjusting the reaction temperature,which may be due to the thermodynamic reasons of the hydrolysis reaction.To confirm this effect,we used the same method to prepare TiO 2nanocrystals (precursor:Ti(OC 4H 9)4),which show good crystallinity and monodispersity similar to those of the ZrO 2material reported above.The grain size also increases regularly from ∼6.7to ∼22.1nm (Table 1)when the reaction temperature changes from 100to 220°C.As indicated by the X-ray line profile analysis (Supporting Information Figure S2),the as-prepared TiO 2nanocrystals have approximate sizesat different dimensions (e.g.,[101],[200],[105],[211];see Table 1),indicating a proximately spherical morphology of the nanocrystals.The crystallinity is further investigated by powder X-ray diffraction (XRD)measurement (Figure 3),in which charac-teristic peaks of monoclinic ZrO 2can all be found in the XRD patterns for different samples.At the same time,the broadening and the overlapping of the 2θpeaks after 30°also cover all the typical peaks of the tetragonal phase.Although the tetragonal phase is thermodynamically unstable at room temperature,and the corresponding bulk material can only exist at a temperature higher than 1170°C,Garvie 27theoretically predicted that pure tetragonal ZrO 2can be stable at room temperature when the particle size is less than 30nm.28Therefore,these data also support the existence of the tetragonal ZrO 2qdots.It can also be observed that the products prepared at 100°C show very broad XRD peaks,which may be because of the very small particle size (the nanocrystals can only be called as quasi-crystal),and the peaks become much sharper with the increase of the preparation temperature,indicating an crystallinity increase with the increase of the crystal size.Further analysis of the XRD patterns indicates that the samples prepared at 100°C (Figure 3a)and 110°C are mainly composed of(26)Schomaker,V.;Glauber,R.Nature 1952,290-291.(27)Garvie,R.C.J.Phys.Chem.1978,82,218-224.(28)Xie,S.;Iglesia,E.;Bell,A.T.Chem.Mater.2000,12,2442-2447.Figure 2.(a)Size distribution function of ZrO 2qdots that calculated from the SAXS data.(b)Relationship between the particle size (maximum probability of diameter)and the hydrothermal temperature.Table 1.Average Sizes of the TiO 2Nanocrystals Prepared at Different TemperaturesD ([hkl ]a /nmtemp/°C[101][200][105][211]av size/nm1007.0 5.98.0 6.0 6.712010.98.010.07.08.914014.213.913.912.213.518015.515.717.315.516.022020.922.624.320.722.1aD is the size in different crystal dimensions [hkl ]that calculated from the profile analysis of the corresponding powder XRD peaks (see Supporting Information).Figure 3.XRD patterns for ZrO 2qdots that were prepared at different temperatures:(a)100°C;(b)120°C;(c)140°C;(d)160°C;(e)180°C;(f)200°C.Red lines:characteristic peaks for the tetragonal phase.Blue lines:characteristic peaks for the monoclinic phase.A R T I C L E S Tang et al.2678J.AM.CHEM.SOC.9VOL.130,NO.8,2008tetragonal ZrO 2nanocrystals,and there is almost no monoclinic phase because of the lack of the corresponding characteristic peaks before 30°.However,the characteristic peaks of the monoclinic phase begin to appear at 120°C and their relative intensities increase with the increase of preparation temperature,indicating the appearance and the content increase of the monoclinic nanocrystals.29,30For samples prepared at temper-atures higher than 200°C (Figure 3f),the monoclinic phase becomes the main component and the content of the tetragonal phase is very small,which is consistent with the high-resolution TEM observation.This indicates an interesting nanosize-dependent phase transition from tetragonal to monoclinic nanocrystals at low temperatures,which will be examined in detail in further research.Photoluminescent and Photocatalytic Activities of the Samples.ZrO 230is a classic material that has been widely applied in many industrial fields,such as advanced ceramicstechnology,31etc.Moreover,as an n-type semiconductor,it is also widely used as photocatalyst in photochemical reactions,such as photocatalytic oxidation of propene,photoreduction of carbon dioxide,etc.,33,34and the nanosized particles are reported to possess excellent properties because of the large specific surface area and other effects.35,36When the size decreases to a value that is comparable to the Bohr exciton radius of the material, e.g.,10nm or less,it will exhibit some unique properties because of the nanosize effect,such as photolumi-nescence,etc.To check the performance of the as-prepared ZrO 2qdots,the luminescent and photocatalytic properties were further investigated.As shown in the excitation spectra (Figure 4a),the absorption peaks for the ZrO 2qdots exhibit obvious red-shift from ∼278.0-284.0to ∼288.5nm when the size of the qdots increases from ∼1.0nm (prepared at T )110°C)to ∼6.1nm (T )240°C),indicating a distinct quantum size effect.The emission spectra (Figure 4b)show four emission peaks in the blue light region for all the samples.As a result,strong blue light emission (inset of Figure 4b)when samples are irradiated by a UV-light lamp (365nm)can be clearly observed even at daytime.These features are related to the near band-edge transitions and a midgap trap state that results from incomplete surface passivation such as surface defects and oxygen vacancies,15,37and the change of the corresponding band gap with the decrease of the nanocrystal size.Significantly,the as-prepared ZrO 2qdots also show excellent and size-dependent photocatalytic activity.Figure 5shows the relationship between the particle size and the photocatalytic efficiency of the ZrO 2qdots (as denoted by the hydrogen output in the photocatalytic hydrogen production experiment).It can be observed that the photocatalytic efficiency increases first with the increase of crystal size and reaches a maximum value of 1676µmol ‚g -1‚h -1at the size of ∼5.5nm (prepared at 210°C)and then decreases dramatically when the size increases further.Because the specific surface area (SSA)is an important factor influencing the photocatalytic efficiency,we measured the SSA values of the samples prepared at different tempera-tures.As shown in Table 2,the SSA values increase significantly(29)Noh,H.-J.;Seo,S.-S.;Kim,H.;Lee,J.-K.Mater.Lett.2003,57,2425-2431.(30)Zhao,N.;Pan,D.;Nie,W.;Ji,X.J.Am.Chem.Soc.2006,128,10118-10124.(31)Cahn,R.W.Nature 1988,332,112-113.(32)Corma,A.Chem.Re V .1995,95,559-614.(33)Witko,M.J.Mol.Catal.1991,70,277-333.(34)Wang,C.-M.;Fan,K.-N.;Liu,Z.-P.J.Am.Chem.Soc.2007,129,2642-2647.(35)Edelstein,A.S.;Cammaratra,R.C.Nanomaterials:Synthesis,Propertiesand Applications ;Institute of Physics Publishing:London,1998.(36)Sun,T.;Tan,H.;Han,D.;Fu,Q.;Jiang,L.Small 2005,1,959-963.(37)Liang,J.;Deng,Z.;Jiang,X.;Li,F.;Li,Y.Inorg.Chem.2002,41,3602-3604.Figure 4.Fluorescence spectra of the ZrO 2qdots prepared at different temperatures (T )and dispersed in chloroform:(a)excitation spectra,in which an obvious red-shift of the absorption peaks can be observed;(b)emission spectra (excitation wavelength:285nm).Four main peaks located at 331,344,401,and 423nm in the blue-light region can be observed.Inset:blue-light emission of ZrO 2qdots dispersed in chloroform (recorded by a CCD camera in a dark room,irradiated by a black-light lamp (365nm))(left tube,with ZrO 2qdots;right tube,without ZrO 2qdots).Figure 5.Photocatalytic properties of the ZrO 2qdots with different particle sizes:(O )hydrogen output efficiency;(0)specific reaction rate considering the specific surface area of the nanocrystals.Metal Oxide Semiconductor Nanocrystals A R T I C L E SJ.AM.CHEM.SOC.9VOL.130,NO.8,20082679with the decrease of the reaction temperatures.38The specific reaction rate of the photocatalytic reaction after considering the SSA values is also included in Figure5.It can be observed that5.5nm also shows the highest specific reaction rate,which indicates that the crystallinity is another important factor influencing the photocatalytic efficiency of ZrO2nanocrystals. To make a comparison,we further investigated the photocata-lytic activity of the commercial ZrO2(Beijing Chemical Plant, Beijing,China)and TiO2(p25,Degussa)powders,which show hydrogen output efficiencies of about673and300µmol‚g-1h-1, respectively.This indicates that the as-prepared ZrO2qdots have excellent photocatalytic activity that are much superior to that of the the commercial products.ConclusionsIn summary,a simple one-step synthesis method is described to fabricate high-quality metal oxide semiconductor nanocrystals via a two-phase interface hydrolysis reaction under hydrothermal conditions.Due to the confined nucleation and the hydrothermal crystallization processes,as well as the advantages of the interface reaction,which efficiently prevents the further growth of the crystals,we show that this method is very suitable to prepare monodispersed,highly crystallized,ultrafine(typically 10nm or less)nanocrystals.The collection in the organic phase can efficiently prevent nanocrystal aggregation,although there is no organic coating on their surface.The size of the nano-crystals can be conveniently adjusted through controlling the reaction temperature.Moreover,other advantages,e.g.,simple and low cost,high production yield,highly recyclable reaction solutions,etc.,make them easy to be industrialized.It is also considered that this method can be easily extended to the synthesis of other high-quality inorganic nanocrystals,e.g., metals,39metal sulfides,metal selenides,40etc.,if only suitable interface reactions could be found.Acknowledgment.We thank the partially financial support from the SINOPEC and the Federal Ministry of Education and Research of Germany(BMBF).Supporting Information Available:Experimental details,1-HNMR analysis of the organic phase after reaction,calculation method for the size distribution function of ZrO2qdots by SAXS analysis,and XRD patterns of the TiO2nanocrystals.This material is available free of charge via the Internet at .JA0778702(38)Kawaguchi,H.Prog.Polym.Sci.2000,25,1171-1210.(39)Jana,N.R.;Peng,X.J.Am.Chem.Soc.2003,125,14280-14281.(40)Pradha,N.;Xu,H.;Peng,X.Nano Lett.2006,6,720-724.Table2.Average Particle Size and Specific Surface Area(BET) of the ZrO2Nanocrystals Prepared at Different Temperaturestemp/°Cparam110130150170190210240 av particle size/nm 1.3 2.1 3.4 4.3 4.9 5.5 6.1specific surf area/ m2g-1273.3209.1177.3182.8153.8168.3124.1A R T I C L E S Tang et al. 2680J.AM.CHEM.SOC.9VOL.130,NO.8,2008。