淺談溶液法化學合成微納米結構金屬氧化物

【摘 要】近幾年，隨著我國科學技術的發展，微納米結構金屬氧化物在各個領域得到了廣泛的應用，例如：電學、催化、氣體傳感器等。通過對新合成的微納米結構金屬氧化物生長過程的探索與研究，從而合理調控其尺寸與結構，這對按照人類醫院設計合成材料有非常重要的現實意義。本文主要對各種溶液法合成微納米結構金屬氧化物的過程與發展進行了深入的探討和分析。

【關鍵詞】金屬氧化物；化學合成；微米結構；納米結構

0.前言

現如今，對材料的開發和應用對人類的發展發揮了非常重要的作用。可以說，當前材料和能源、信息并成為現代技術發展的主要支柱，再加上，信息技術和能源技術的發展遠遠離不開材料技術的支持。近幾年，由于我國科學技術的飛速發展，從而使得對物質的認識逐步提高。尤其是進入21世紀后有學者提出相對論與量子力學的觀點，這樣一來，人類對物質世界的認識逐步由宏觀階段進入到微觀階段。生活在一個充滿挑戰的時代，信息、能源、生物技術、制造技術等的發展勢必會對材料技術的發展提出更高的要求。例如：在元件設計上，要求更加智能化、小型化，尺寸要求越來越小，然而，在軍事領域、設備制造等領域對材料的性能要求逐漸增高。可以說，對新材料的研究勢必會對今后我國社會的發展、經濟發展等產生巨大的影響。當前，對微納米技術的研究在整個材料研究領域占據十分重要的地位。通過不斷改進微納結構制備方法，更有利于人們在原子、分子水平上認識晶體的整個形成過程，不斷擴寬對材料性能的深入研究，從而使按照人們的意愿設計所需的納米器具提供更為合理、合理的指導。

1.溶液法化學合成微納米結構動力學過程

事實上，溶液法化學合成微納米顆粒就是晶體顆粒成核與不斷生長的過程。使其最終實現對納米顆粒結構、尺寸、維度等進行控制，因此，我們應該事先對顆粒整個成形過程進行詳細了解。按照結晶學理論來分析晶體的生長過程，納米晶體的成形過程實際上是若干個晶體晶面激烈的競爭生產過程。然而，納米晶體的生產特性主要是由晶體表面能大小所決定的，其中，表面能越高，晶面生長速度就會很快，反義，生長速度會非常慢。隨著時間的不斷推移，晶體生長速度較快的晶面會慢慢變小最終消失，但是，生產速度很慢的晶面會慢慢變大，最終便形成一個比較穩定的晶體。除此之外，在晶體生長時，需要在溶液內部加入適量的添加劑，這樣一來，能夠從根本上改變晶面表面能的高低順序。在加入添加劑后，某些晶面吸附性要遠遠比其它晶面強，此種優先吸附不僅可以大大降低吸附晶面表面能，而且又可以阻止晶體朝著垂直晶面方向生長，有利于改變晶體的最終形狀。

2.微納米結構合成法研究發展

我們對鉑資源并不陌生，它有用途十分廣泛。但是，目前我國鉑資源相對比較缺乏，再加上，價格較高，那么，怎樣才可以提高鉑納米材料穩定性、催化性是材料技術發展的非常重要的問題。現如今，研究學者面臨的一巨大挑戰是傳統化學法只可以合成表面能較小的金屬納米晶體，而晶體的形狀通常是比較正規的立方體、八面體等，形成“低指數”的晶面結構。然而，通過科學家的證實，只有“高指數”晶面結構才可以提高納米晶體的催化效率。例如：當前二十四面體是非常少見的一種晶體形狀，表面結構由高指數晶面所圍成。有科學家曾經提出方波點位便可以產生周期性的氧化還原驅動，這樣一來，便可以實現對鉑納米晶體生長結構的控制，首次生產出高指數晶面結構，即二十四面體納米晶體。通過改變控制條件，從而將納米晶體尺寸大小發生巨大變化。試驗結構證實鉑納米催化劑活性與穩定性得到了大大提高，在經濟發展的各個領域中具有十分重要的應用價值。對于此種新的研究方法來說，既可以控制納米晶體結構又可以調控晶體的生長速度，進而制備出具有高表面能的金屬納米晶體，完全打破了傳統溶液化學合成低表面能金屬納米晶體的限制。

3.模板法合成中空結構金屬氧化物

模板法合成中空結構金屬氧化物中，模板主要以微溶性無機鹽，結合克肯達爾空位效應來生產中空結構材料的辦法。若想要擴展模板法，應該結合溶液體系下各種鋅的氧化物在溶液中溶液度差規律，進而合成硫化鋅中空微米球。由于氧化鋅具有各向異性生長特性與無電流取代反應，有學者設計出一套較為合理的合成空空氧化鋅管狀材料的原位模板法。在制備過程中，氧化鋅中空管是利用錯算在模板中腐蝕形成的，得到的氧化鋅管外徑大約在1-2微米之間，然而，壁厚大約在200-300納米范圍內。利用先進的設備我們可以發現氧化鋅直徑由根部至頂部發生很大的改變，所以，便出現了特殊的錐形管形狀。

4.前驅體法合成微納米金屬氧化物

由于堿式碳酸鎂具有形成片狀結構的特性，因此，有科學家便設計出一套利用堿式碳酸鎂而生產等級結構氧化鎂前驅體合成方法。首先，我們先制備堿式碳酸鎂的前驅體，進而在某一特定溫度下有效控制分解前驅體過程，只有這樣，才可以生產出等級結構形狀的氧化鎂。除此之外，由于碳酸鎂在溶液中溶解度是非常小的特性，可以將碳酸鎂當作反應物，通過離子置換反應，制備出很多種金屬氧化物微納米結構材料。文章中將氧化鎂立方體借助離子置換反映，便提出一種離子替代固液反應的方法，這種方法克服傳統固液不能對晶體成核和生長進行控制的漏洞。然而，離子置換方法卻能夠有效控制金屬氧化物微納米材料的形成，與此同時，這也將為其它金屬氧化物微納米結構材料的產生提供一個合理的借鑒。當前，借助堿式碳酸鎂特性生產金屬氧化物納米結構是研究的重點課題，堿式碳酸鎂在溶液中的生長特性與微溶特性為合成金屬氧化物微納米結構提供了很多選擇的可能，這樣一來，我們便更容易生產多種形狀、尺寸的金屬氧化物微納米材料。

5.結束語

總體來說，對新材料的研究勢必會對今后我國社會的發展、經濟發展等產生巨大的影響。當前，對微納米技術的研究在整個材料研究領域占據十分重要的地位。通過不斷改進微納結構制備方法，更有利于人們在原子、分子水平上認識晶體的整個形成過程，不斷擴寬對材料性能的深入研究。通過對溶液化學合成法合成金屬氧化物微納米結構，從其結構、生長行為等作為其研究的起點，對化學法合成技術加以完善和補充。我們得出了下述結論，由于反應物與生產物在溶液中的溶液度的不同，利用離子置換法，提出一種制備金屬氧化物微納米材料發方法，以便制備多種形貌與維度的材料。在反應溶液中，因反應物與生產物溶解度有一定差別，這樣一來，金屬陽離子由最初的溶液狀態變為固態，進而利用離子交換反映，便可以得到金屬前驅物，再將前驅物燃燒就能夠合成金屬氧化物微納米材料。

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