铌酸钠基功能材料的可控合成及结构性能研究

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铌酸钠基功能材料具有丰富的物相结构和功能性质,在电子陶瓷和光催化等领域具有重要的应用价值。本文创新并优化了溶剂热合成铌酸钠功能材料的工艺过程及参数,成功调控了晶体结构、微观形貌和化学成分,并研究了其对物理性能的影响。采用XRD、FE-SEM、TGA-MS和TEM等表征方法,揭示了铌酸钠基功能材料的液相生长过程、结晶机制和热力学亚稳相结构的室温稳定机制。  首先,在乙二醇溶剂热条件下合成了立方相铌酸钠纳米颗粒,揭示了有机溶剂分子对立方相亚稳结构的稳定机制。立方相铌酸钠纳米颗粒具有较高的烧结活性,在950?C传统固相烧结便可获得较为致密的微观结构和增强的电学性能,在1kHz下室温介电常数高达~8000。  其次,提出了反应过程中温度起伏对溶剂结构导向作用的影响,在溶剂热环境中直接合成了结晶性良好的立方相铌酸钠纳米线;同时,阐明了溶剂热合成一维棒状前驱体Na7(H3O)Nb6O19?14H2O的温度诱导结构和形貌演变机制。立方相铌酸钠纳米线的禁带宽度为~3.54eV,比表面积为80.134m2/g,通过担载0.5wt%的共催化剂Pt,光催化制氢性能可达699?mol/(h·g)。  再次,在低碱度无模板水热环境中直接合成了片状铌酸钠,系统研究了片状铌酸钠的形成过程和结晶机理,揭示了钾、钠离子之间的离子交换过程,指出了层状结构中间产物K8Na8-xNb6O19?nH2O与钛铁矿结构的铌酸钠结晶过程的关键作用。采用原位和非原位表征手段,从宏观和微观尺度上研究了钛铁矿结构铌酸钠的温度诱导结构转变过程,发现了在高温条件下片状铌酸钠的(001)取向特征。  最后,基于K、Na离子在有机溶剂中的活性差异,提出了利用溶剂效应调控KNN粉体的成分比例的新方法。在异丙醇(IPA)溶剂热条件下K离子的反应活性较Na离子更高,易于形成KNbO3或者富钾相KNN粉体。在异丙醇/乙二醇混合溶剂热环境中通过调节溶剂比例合成了K/Na=1的KNN粉体。
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