γ-Radiation Induced Synthesis of Metal oxides
Control of Particle Size, Composition, and Morphology
Tid: Fr 2021-09-17 kl 10.00
Plats: https://kth-se.zoom.us/j/61010817366, Stockholm (English)
Respondent: Zhuofeng Li , Tillämpad fysikalisk kemi, Mats Jonsson's group
Opponent: Professor Hynd Remita, Université Paris-Sud 11, Paris, France
Handledare: Professor Mats Jonsson, Kemi, Tillämpad fysikalisk kemi
Abstract
Nanomaterial uppvisar en signifikant skillnad i kemiska, mekaniska, elektroniska, magnetiska och optiska egenskaper jämfört med motsvarande bulkmaterial. Syntesprocessen är ett av de viktigaste stegen för att åstadkomma nanomaterialens unika egenskaper. Som ett effektivt, rent och enkelt tillvägagångssätt har γ-strålningsinducerad syntes använts i stor utsträckning för att tillverka metallnanopartiklar. När det gäller produktion av metalloxid-nanopartiklar via γ-strålningsinducerad syntes är kunskaperna fortfarande otillräckliga. Följande material har valts som syntesämnen i denna avhandling: Cu2O, MnO2, Mn3O4 och CeO2.
En förutsättning för att använda strålningsinducerad syntes för att producera metalloxid-nanomaterial är att optimera reaktionsförhållandena för varje specifikt nanofabrikationsfall. Den aktuella studien syftar till att förstå effekterna av olika reaktionsförhållanden, d.v.s. pH, reaktantkoncentration, startmaterial, stråldos och eventuellt templatmaterial, på de tillverkade metalloxid-nanomaterialens strukturella och fysikalisk-kemiska egenskaper.
Reaktionens pH spelar en viktig roll för att bestämma de termodynamiskt stabila metalloxidprodukterna vid strålningsinducerad syntes (Artikel I). Vid användning av höga koncentrationer av lösta ämnen, t.ex. isopropanol som används som hydroxylradikalinfångare, måste även lösningsmedelseffekter betraktas (Artikel I). Olika startmaterial (samma grundämne men olika oxidationstal) kan ge produkter som skiljer sig åt i fråga om sammansättning och morfologi under olika strålningsinducerade redoxförhållanden (Artikel II). Genom att gradvis öka stråldosen kan CeO2-nanopartiklar i olika tillväxtstadier fångas in och deras morfologiska utveckling studeras med TEM (Artikel IV). Utifrån detta föreslås en mekanism för kärnbildning av CeO2-nanopartiklar och mesokristalltillväxt som en funktion av stråldosen. Templatmaterialen kimrök och PVP-nanogel har använts vid syntes av metalloxider. Kimrökens reaktivitet mot vattenradiolysprodukter (Artikel III) och den storleksreglerande effekten av nanogel på syntetiserade metall/metalloxid-nanopartiklar (Artikel V) undersöks i denna avhandling. Dessutom studeras de primära elektrokemiska egenskaperna hos strålningsinducerade syntetiserade kimröksbaserade prover (Artikel II).