摘要 皇! ! 皇曼詈。_ _ml _ m m mm m mm m m _ _ - - _ _ ! 摘要 稀土錫酸鹽( l n 2 s n 2 0 ，i ，n y ，l a l u ) 屬于立方燒綠石結(jié)構(gòu)的多元復(fù)合氧化 物，具有優(yōu)異的熱、電、磁和催化等性能，它們?cè)阡囯姵?、催化劑、熒光、離子 導(dǎo)體及抗輻射等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。 本課題利用稀土硝酸鹽，四氯化錫為前驅(qū)體，不添加任何表面活性劑或絡(luò)合 劑，采用簡(jiǎn)單、中性、高效的水熱法，成功實(shí)現(xiàn)了三元復(fù)合稀土錫酸鹽納米材料 的合成。同時(shí)，采用x 射線衍射( x r d ) 和透射電子顯微鏡( t e m ) 對(duì)產(chǎn)物的晶體結(jié) 構(gòu)、形貌及尺寸進(jìn)行了詳細(xì)的表征。利用傅立葉變換紅外光譜( f t - i r ) 和拉曼光譜 ( r a m a n ) 對(duì)得到的系列樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)變化的研究。利用紫外可見(jiàn)漫反射光譜( d r s ) 測(cè)得樣品的吸收邊并計(jì)算了復(fù)合稀土錫酸鹽納米材料的禁帶寬度，利用紫外可見(jiàn) ( u v - v i s ) 光譜儀研究了它們的光催化降解有機(jī)物的性能。 利用稀土元素具有離子半徑與電子結(jié)構(gòu)相近的特點(diǎn)，本課題采用上述水熱法 成功地合成了系列三元稀土錫酸鹽納米材料，包括y 2 s n 2 0 7 、l a 2 s n 2 0 7 、p r e s n 2 0 7 、 n d 2 s n 2 0 7 、s m 2 s n 2 0 7 、e u 2 s n 2 0 7 、g d 2 s n 2 0 7 、t b 2 s n 2 0 7 、e r 2 s n 2 0 7 和y b 2 s n 2 0 7 共1 0 種。實(shí)驗(yàn)證明，這些產(chǎn)物均為單相的立方燒綠石結(jié)構(gòu)復(fù)合氧化物，由此可 見(jiàn)，該方法普遍適用于稀土錫酸鹽納米材料的合成，而且，所得產(chǎn)物具有純度高、 結(jié)晶好、尺寸分布窄、粒徑d , ( 1 0 1 0 0n m ) 等特點(diǎn)。進(jìn)一步研究表明，從l a y b ， 隨著離子半徑的逐漸減小，( 2 2 2 ) ，( 4 0 0 ) ，( 4 4 0 ) ，( 6 2 2 ) 和( 4 4 4 ) 五個(gè)晶面的衍射峰 都逐漸向高角度偏移，即2 0 隨著離子半徑的減小而逐漸增大，通過(guò)計(jì)算可以得 出系列稀土錫酸鹽l n 2 s n 2 0 ，的晶格常數(shù)平均值a 和l n 3 + 離子半徑基本呈線性關(guān) 系，這些都體現(xiàn)了經(jīng)典的鑭系收縮現(xiàn)象。振動(dòng)光譜研究表明，在紅外光譜中，由 l a y b ，隨著稀土離子半徑的減小，晶格參數(shù)a 減小，s n o 鍵的鍵強(qiáng)度增強(qiáng)， 從而使得s n - - o 鍵的振動(dòng)頻率v ( s n - - o ) 向高頻率方向有規(guī)律地移動(dòng)。在拉曼光譜 中，歸屬于a 1 。模的o s n 0 彎曲振動(dòng)對(duì)離子半徑的改變極為敏感，系列稀土錫 酸鹽由于鑭系收縮的影響，隨著a 位稀土元素離子半徑的減小，a l 。模幾乎成線 性增大趨勢(shì)。以合成的稀土錫酸鹽為催化劑，在紫外燈照射下對(duì)甲基橙溶液的光 催化降解實(shí)驗(yàn)顯示，所得產(chǎn)物具有光催化降解有機(jī)物的能力。 本課題提出的復(fù)合稀土錫酸鹽納米材料的水熱合成工藝具有普遍適用性，且 北京t 業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩十學(xué)位論文 方法簡(jiǎn)單、溫和、結(jié)晶好、純度高。系統(tǒng)的研究了產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、振動(dòng)光譜 特性和光催化性能。本課題的研究對(duì)稀土錫酸鹽納米材料的制備和應(yīng)用具有重要 的意義。 關(guān)鍵詞錫酸鹽；燒綠石；水熱法 a b s t r a c t a b s t r a c t r a r e e a r t hs t a n n a t e s ( l n 2 s n 2 0 7 ，l n = y ，l a l u ) a r ec u b i cp y r o c h l o r e t y p eo x i d e s ， w h i c hh a v er e c e i v e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o ni nr e c e n ty e a r sd u et ot h e i rp r o m i s i n g a p p l i c a t i o n si nl i t h i u mi o nb a t t e r i e s ，c a t a l y s t s ，p h o s p h o r s ，i o n i cc o n d u c t o r s ，a n d r e s i s t a n c et or a d i a t i o nd a m a g e a s i m p l e ，l o w - t e m p e r a t u r e ，m i l da n de f f i c i e n th y d r o t h e r m a l r o u t ef o r t h es y n t h e s i s o fn a n o c r y s t a l l i n er a r e e a r t hs t a n n a t e sw a sp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n i nt h i s h y d r o t h e r m a lp r o c e s s ，r a r e e a r t hn i t r a t ea n dt i nt e t r a c h l o r i d ew e r eu s e da sp r e c u r s o r , w i t h o u tu s eo fa n ys u r f a c t a n t so rc o m p l e x i n ga g e n t t h es t r u c t u r e ，m o r p h o l o g y , a n d p a r t i c l e ss i z eo f t h ep r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yx r a yd i f f r a c t o m e t e r ( x r d ) a n d t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) t h es t m c 刪c h a n g eo ft h es e r i a lp r o d u c t s w a ss t u d i e db yf o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t - i r )a n dr a m a n s p e c t r o s c o p y ( r a m a n ) t h eb a n dg a po ft h er a r e e a r t hp y r o c h l o r e sw a sc a l c u l a t e d f r o md i f f u s er e f l e c t i o ns p e c t r a ( d r s ) f u r t h e r m o r e ，t h e i rp h o t o c a t a l y s i sp r o p e r t i e s h a v e b e e ni n v e s t i g a t e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h em a j o r i t yo fn a n o c r y s t a l l i n ei r i n a r yr a r e e a r t hs t a n n a t e s w e r es y n t h e s i z e d ，i n c l u d i n gy 2 s n 2 0 7 、l a 2 s n 2 0 7 、p r 2 s n 2 0 7 、n d 2 s n 2 0 7 、s m 2 s n 2 0 7 、 e u 2 s n 2 0 7 、g d 2 s n 2 0 7 、z b 2 s n 2 0 7 、e r 2 s n 2 0 7a n dy b 2 s n 2 0 7 f u r t h e r x r d c h a r a c t e r i z a t i o nr e v e a l st h a ta l lt h ea b o v ep r o d u c t s a l es i n g l e - p h a s ec u b i c p y r o c h l o r e - t y p ec o m p l e xo x i d e s t h er a r e - e a r t hs t a n n a t e s w e r eo fh i g hp u r i t y , h i g h c r y s t a l l i n i t ya n dn a n o s c a l es i z e ( d i a m e t e rr a n g e ：10 10 0n m ) i tc a nb ec o n c l u d e d t h a t t h eh y d r o t h e r m a lr o u t ep r o p o s e dh e r ei sd e s i r a b l ef o rt h es y n t h e s i so fa l lr a r e e a r t h s t a n n a t e s f o rt h es e r i e s ，x r dm e a s u r e m e n t ss h o w e dt h a tt h ee n t i r ed i f f r a c t i o np e a k s o fl s ps h i f t e dt oh i g h e ra n g l e sf r o ml a 2 s n 2 0 7t oy b 2 s n 2 0 7 f u r t h e rc a l c u l a t i o n s h o w st h a tt h ec u b i cc e l lp a r a m e t e ro fl n 2 s n 2 0 7d e c r e a s e dl i n e a r l yw i t ha nd e c r e a s e o fl ni o n i cr a d i u s t h ev i b r a t i o n a ls p e c t r as h o wt h a tt h eb a n d so fp r o d u c t sp r e s e n t r e g u l a rc h a n g et r e n dw i t ht h ed e c r e a s eo f r a d i u so fr a r e - e a r t hi o n si na s i t e t h el i n e a r r e l a t i o n s h i pc a i lb es e e nb e t w e e nt h ef r e q u e n c yo fs n - os t r e t c h i n gm o d ea n dt h e l a n t h a n i d ei o n i cr a d i u si ni rs p e c t r a , a sw e l la st h ef r e q u e n c yo f0 - - s n - 0b e n d i n g 1 1 1 北京t 業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩f ：學(xué)位論文 m o d ea n dl a n t h a n i d ei o n i cr a d i u si nr a m a n s p e c t r a t h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t i e sw e r e a l s oe v a l u a t e db yd e c o l o r i z a t i o no fm e t h y lo r a n g eu n d e ru l t r a v i o l e tl i g h t i ts h o w st h a t t h ea s - p r e p a r e d p r o d u c t sh a v et h ec a p a b i l i t yo fd e g r a d a t i o n i ns u m m a r y , ag e n e r a lh y d r o t h e r m a lr o u t ef o rt h es y n t h e s i so ft r i n a r yr a r e e a r t h s t a n n a t e sh a sb e e np r o p o s e d ，w h i c hi ss i m p l e ，l o w - t e m p e r a t u r ea n dm i l d t h e m o r p h o l o g y , s t r u c t u r e ，c r y s t a ls i z e ，v i b r a t i o n a ls p e c t r aa n dp h o t o c a t a l y s i sp r o p e r t i e s o ft h ep r o d u c t sh a v eb e e ns y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d t h es t u d yi nt h i sd i s s e r t a t i o n m a yb ei m p o r t a n tt ot h es y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o n so fn a n o c r y s t a l l i n er a r e - e a r t h p y r o c h l o r e s k e y w o r d ss t a r m a t e s ；p y r o c h l o r e ；h y d r o t h e r m a lm e t h o d i v 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研 究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京工業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 簽名： 羝鷗螃 日期：迎呈：占：三q 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解北京工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán) 保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿?分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 簽名：盤盛盛導(dǎo)師簽名：l 壟! ；! 墨三日期：坌翌量：圭：翌 _ 、一、u 第1 章緒論 第1 章緒論 1 1 引言 一般認(rèn)為有兩種或兩種以上的簡(jiǎn)單氧化物構(gòu)成的單一氧化物稱之為復(fù)合氧 化物，其中至少有一種是由稀土元素構(gòu)成的簡(jiǎn)單氧化物，如稀土氧化物( l n 2 0 3 ) 等構(gòu)成的復(fù)合氧化物即為稀土復(fù)合氧化物。稀土復(fù)合氧化物作為無(wú)機(jī)功能材料的 一個(gè)重要組成部分，相對(duì)單一氧化物而言，種類十分廣泛，其組成元素幾乎覆蓋 了整個(gè)周期表，并且顯示出結(jié)構(gòu)的多樣性和性能的多樣性。通常結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致 性能的不同，即所謂的性能獨(dú)特性，但在稀土復(fù)合氧化物中，不同的結(jié)構(gòu)往往具 有相同的性能，如巨磁效應(yīng)大多存在于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)復(fù)合物中，但在燒綠石結(jié)構(gòu)復(fù) 合氧化物t 1 2 m n 2 0 7 中也發(fā)現(xiàn)了此效應(yīng)。因此，就稀土復(fù)合氧化物而言，結(jié)構(gòu)上 的基礎(chǔ)研究對(duì)性能的應(yīng)用研究能夠起到很好的啟示作用。 由于稀土復(fù)合氧化物大部分可以看成是在復(fù)合氧化物中摻入稀土元素而構(gòu) 成，因此從結(jié)構(gòu)上看，其種類和復(fù)合氧化物種類一樣，常見(jiàn)的有鈣鈦礦型 ( p e r o v s k i t e ) 、燒綠石型( p y r o c h l o r e ) 、尖晶石型( s p i n e l ) 、螢石型( f l u o r i t e ) 、石榴石 型( g a r n e t ) 、白鎢礦型( s c h e e l i t e ) 及巖鹽型( r o c k s a l t ) 等。 燒綠石是很大的一族化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氧化物燒綠石的化學(xué)式為a 2 8 2 0 7 ， 立方燒綠石具有f d 3 m 空間點(diǎn)群，是一個(gè)含有8 8 個(gè)原子的復(fù)雜大晶胞，其中a 為二 價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子，b 為四價(jià)或五價(jià)陽(yáng)離子【2 卅。它可以簡(jiǎn)單的描述為兩部分相互貫 穿的結(jié)構(gòu)。第一部分是角連接( 陽(yáng)離子在中心) 的 b ) o ( 1 6 八面體的一種排列，每個(gè) 八面體和另外八面體共角；第二部分是高對(duì)稱，角連接( 陰離子在中心) o ( 2 ) 四面體的似c 9 排列。第二部分中四面體的直線型鏈在 方向，并占據(jù)八面體 排列中的通道。a 位、b 位可被不同的離子占據(jù)：稀土元素( l n = y 、l a - l u 等) 、具 有穩(wěn)定的長(zhǎng)程電子對(duì)的元素( 如b i ) ，外層具有一對(duì)長(zhǎng)程的電子對(duì)( 6 s 2 ) 都可以占據(jù) a 位；而b 位可以由過(guò)渡金屬元素占據(jù)。因此氧化物燒綠石是很大的一個(gè)材料體 系，其中，當(dāng)a 、b 位上的元素處于最大的氧化度時(shí)，燒綠石陶瓷具有可喜的介 電、壓電、鐵電性能【5 1 。 過(guò)渡金屬元素和l n 系稀土元素具有特殊的未滿的3 d 和4 院層，在形成化合 物時(shí)3 d 和4 噸子可以部分失去，而4 噸子又可深藏在內(nèi)部而受到外殼層軌道上電 北京t 業(yè)大學(xué)下學(xué)碩l ：學(xué)位論文 子的屏蔽作用。3 d 和4 f 電子的特殊性使稀土過(guò)渡族復(fù)合氧化物在電學(xué)、磁學(xué)、光 學(xué)等方面具有許多優(yōu)異性能，并且它們還具有一些共同的優(yōu)良性質(zhì)，如化學(xué)穩(wěn)定 性好、耐高溫、強(qiáng)度大、硬度高及材料延展性低，在實(shí)際應(yīng)用方面具有巨大潛力。 鈣鈦礦( p c r o v s k i t e ) 結(jié)構(gòu)和燒綠石( p y r o c h l o r c ) 結(jié)構(gòu)在稀土復(fù)合氧化物中占有重要 地位，這不僅由于他們的廣泛存在，而且由于他們大多是強(qiáng)關(guān)聯(lián)多電子相互作用 的模型系統(tǒng)，可以在不同格位上通過(guò)元素替代來(lái)改變載流子濃度，能帶寬度，從 而調(diào)制其物理性質(zhì)，并誘發(fā)多種類型的相變，出現(xiàn)一系列奇異性質(zhì)諸如超導(dǎo)【6 】、 巨磁【7 1 、離子導(dǎo)體8 ，9 1 、發(fā)光基底材料【10 1 、放射性廢物管理【3 1 、催化劑和高溫顏料 1 l - 1 3 】等，已成為很多領(lǐng)域研究熱點(diǎn)和前沿【1 4 1 7 1 。人們對(duì)其制備、結(jié)構(gòu)及功能應(yīng)用 作了大量細(xì)致深入的研究，取得了一定進(jìn)展，研制開(kāi)發(fā)出了一些新型功能材料。 1 2 稀土元素的性質(zhì)及應(yīng)用 稀土元素屬于元素周期表中i i i b 族，它包括鈧( s o 、釔( 和鑭系在內(nèi)共1 7 種元素。稀土元素具有相同的外層電子結(jié)構(gòu)，內(nèi)層4 l e g 子能級(jí)相近，因此，含稀 土元素的化合物表現(xiàn)出許多獨(dú)特的化學(xué)和物理性能，這些獨(dú)特的性能決定了他們 具有極為廣泛的用途【1 8 瓏】。稀土元素具有獨(dú)特的4 噸子結(jié)構(gòu)、大的原子磁矩和很 強(qiáng)的自旋軌道耦合等特性，與其它元素形成稀土配合物時(shí)，配位數(shù)可在3 1 2 之間 變化，并且稀土化合物的晶體結(jié)構(gòu)也是多樣化的。稀土元素的性質(zhì)十分相似，除 與三鍵電子有關(guān)外，還與它們的原子半徑和三價(jià)離子半徑相近有關(guān)。表1 1 為稀 土元素的電子組態(tài)和半徑。 由于稀土元素具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，它們?cè)诤芏囝I(lǐng)域具有廣泛的應(yīng) 用。稀土的應(yīng)用可分傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)兩大領(lǐng)域。在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面主 要指應(yīng)用于冶金、玻璃陶瓷、石油化工、輕工印染以及農(nóng)林等行業(yè)，其稀土消費(fèi) 量占稀土總消費(fèi)量的9 0 。在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)方面應(yīng)用的稀土消費(fèi)量雖然只占稀土 總消費(fèi)量的1 0 左右，但對(duì)推動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及稀土產(chǎn)業(yè)本身的發(fā)展有 重大意義。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面主要指磁性材料、貯氫材料、稀土熒光、發(fā)光 材料、汽車尾氣凈化用催化材料、稀土功能陶瓷材料等，下面對(duì)其作詳細(xì)的介紹。 1 ) 稀土磁性材料 稀土磁性材料包括稀土永磁材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存貯材 第1 章緒論 料與 表1 1 稀土元素的電子組態(tài)和半徑 t a b l e1 - 1t h ee l e c t r o n i cc o n f i g u r a t i o na n dr a d i u so f r a r e e a r t he l e m e n t 稀土巨磁阻材料等。其中稀土永磁材料是稀土磁性材料中研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的 重點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，磁性材料的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的永磁材料性 能在不斷提高。新一代稀土永磁材料的研究、稀土金屬間化合物多重相結(jié)構(gòu)與 復(fù)合磁性的研究、高記錄密度、易擦洗和重讀磁光材料的研究開(kāi)發(fā)、稀土巨磁 阻、稀土磁致冷、稀土磁致伸縮材料及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)將會(huì)越來(lái)越得到人們的關(guān)注。 2 ) 稀土貯氫材料 北京t 業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩十學(xué)位論文 鎳氫電池目前己廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊、筆記本電腦、攝像機(jī)、電動(dòng)工具等 各種便攜式電器中。鎳氫電池的核心部分是負(fù)極貯氫合金電極材料。稀土貯氫 合金除可用于氫的提純、分離和回收之外，另一項(xiàng)重要應(yīng)用是作為鎳氫電池的 負(fù)極材料。隨著電動(dòng)車和其它清潔能源運(yùn)輸工具的開(kāi)發(fā)，車用鎳氫動(dòng)力電池的 大量需求將進(jìn)一步促進(jìn)稀土貯氫材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 3 ) 汽車尾氣凈化用催化材料 由于稀土尾氣催化劑獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，不僅使貴金屬含量大幅減少，又能顯著 降低催化劑的成本。因此稀土元素一直是汽車尾氣凈化催化劑中不可缺少的組 成部分。發(fā)展汽車尾氣稀土催化劑材料不僅能改善大氣環(huán)境，同時(shí)也是稀土產(chǎn) 業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。 4 ) 稀土功能陶瓷材料 稀土功能陶瓷材料包括絕緣材料( 電、熱) 、電容器介電材料、鐵電和壓電 材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、電光陶瓷材料、熱電陶瓷材料、化學(xué)吸附材料、 固體電解質(zhì)材料等。在傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料中摻入微量稀土氧化物可以大大改 善這些材料的介電性和壓電性，使它們更適應(yīng)實(shí)際需要，現(xiàn)在p z t 壓電陶瓷已 廣泛應(yīng)用于電聲、水聲、超聲器件、信號(hào)處理、紅外技術(shù)、引燃引爆、微型馬 達(dá)等方面。摻l a 或n d 的b a t i 0 3 電容器介電材料可使介電常數(shù)保持穩(wěn)定，在 較寬的溫度范圍內(nèi)不受影響，并提高了使用壽命。稀土摻雜敏半導(dǎo)材料可用作 過(guò)電過(guò)熱保護(hù)元件、溫度補(bǔ)償器、溫度傳感器、延時(shí)元件、消磁元件等。 5 1 稀土熒光、發(fā)光材料 稀土的發(fā)光和激光性能都是由于稀土的4 f 電子在不同的能級(jí)之間的躍遷而 產(chǎn)生的。稀土熒光、發(fā)光材料包括燈用稀土熒光材料、顯示用發(fā)光材料、稀土 鹵化物燈用發(fā)光材料、稀土激光材料等。近年來(lái)的研究結(jié)果表明，稀土熒光材 料顯示出許多優(yōu)良的性能，除紅粉必須用稀土熒光粉外，綠粉和藍(lán)粉也將由稀 土熒光粉取代鋅、鍶硫化物粉，以獲得更高的亮度和清晰度。目前，9 0 的激 光材料都和稀土有關(guān)，稀土激光材料是激光技術(shù)的基礎(chǔ)。在通訊、醫(yī)療、信息 貯存、切割、焊接以及核聚變等領(lǐng)域有廣泛的用途。稀土光纖激光材料在降低 光通訊的損耗、降低光纖鋪設(shè)成本等方面起著重要作用。 6 ) 光催化劑材料 第1 章緒論 近年來(lái)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種環(huán)境良好的催化新技術(shù)，在環(huán)境治理、 新能源開(kāi)發(fā)、有機(jī)合成領(lǐng)域日益受到重視，有關(guān)研究也取得了較大進(jìn)展。利用 稀土具有的特異的物理和化學(xué)性能，研制成的各種稀土功能材料在信息、生物、 新材料、新能源以及環(huán)保等現(xiàn)代科技和現(xiàn)代工業(yè)中起著十分重要的作用。稀土 催化材料的研究和應(yīng)用，既可提高生產(chǎn)效率，又能節(jié)約資源和能源，減少環(huán)境 污染，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向【2 3 1 。稀土復(fù)合氧化物在工業(yè)廢氣、人類居住 環(huán)境凈化方面，具有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿?，成為研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。 1 3 稀土錫酸鹽的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用 稀土錫酸鹽的統(tǒng)一化學(xué)式為l n 2 s n 2 0 7 ( 其中l(wèi) n = y , l a l u ) ，為燒綠石 ( p y r o c h l o r e ) 結(jié)構(gòu)，立方相，空間群為f d 3 m 。如圖1 - 1 ( a ) 所示，燒綠石結(jié)構(gòu)與鈣 鈦礦結(jié)構(gòu)相似，s n 0 6 組成八面體，然后八面體共用所有頂點(diǎn)形成三維結(jié)構(gòu)。所 不同的是，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)( a b x 3 ) 是a 和x 形成立方最密堆積，a 原子周圍有1 2 個(gè)x 原子，b 占據(jù)b x 6 八面體共用頂點(diǎn)所形成的空隙中，而對(duì)于燒綠石結(jié)構(gòu) ( a 2 8 2 0 7 ) ，四個(gè)八面體公用頂點(diǎn)，堆積成四面體，然后a 以a 2 0 的形式占據(jù)所 形成四面體的中心，如圖1 1 ( b ) 。所以l n 3 + 陽(yáng)離子占據(jù)的是1 6 d 的位置，空間 坐標(biāo)( 1 2 ，1 2 ，1 2 ) ，跟八個(gè)氧原子和b 0 6 八面體中的氧原子，如圖1 1 ( c ) ，它 們的空間情況是不盡相同的，前者只和l n 配位，格點(diǎn)位置為8 a ，坐標(biāo)( 1 8 ，1 8 ， 1 8 ) ，后者同時(shí)和2 個(gè)b 原子和2 個(gè)l n 原子配位，空間格點(diǎn)位置為4 8 f , 坐標(biāo) ( x ，1 8 ，1 8 ) 。其中x 值主要由l n 3 + 的離子半徑?jīng)Q定。所以燒綠石結(jié)構(gòu)復(fù)合氧 化物的分子式又常常寫成a 2 8 2 0 6 0 的形式?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相比， b 0 6 八面體的傾斜度更大，因此b o b 的鍵角就更小，a o 的平均鍵長(zhǎng)也相對(duì) 較小。 稀土錫酸鹽具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，在晶格內(nèi)有很多的功能替代位，因此， 它們?cè)诠鈱W(xué)、電學(xué)、催化等方面具有獨(dú)特的性能，是一類具有離子導(dǎo)電性、催 化性、鐵電鐵磁等多種物理化學(xué)性能的新型無(wú)機(jī)功能材料。稀土錫酸鹽廣泛應(yīng) 用于發(fā)光材料、催化劑、壓電材料、大型磁控電阻及抗輻射等領(lǐng)域，燒綠石結(jié) 構(gòu)的稀土復(fù)合氧化物是難熔陶瓷，具有很高的熔點(diǎn)( 2 0 0 0 。c ) ，因而在高溫方面 也具有獨(dú)特的應(yīng)用，也可應(yīng)用于高溫氣敏傳感器、高溫顏料等。 鮭：聱 o 娜 o ，o 國(guó) a ) l n 2 s n 2 0 7 燒綠石的晶體結(jié)構(gòu)b ) 四十s n 饑堆積成四面體c ) l n 和兩種氧( 0 和0 ) 的配 值情況 a ) t h r e e - d i m e n s i o n a l f r a m e w o r kb ) f o u r o c t a h e d r a l f o r mac ) l n 2 0n e t w o r k i n t h e o f c o m e r - s h a r i n gs n 0 6 0 c t a h c d r a t e t r a h e d r o n b yp y r o c h l o r cc r y s t a l $ f f l l c r l i t i n t h e p y r o c h l o t ec r y s t a ls t r u c t u r ec o r n e r - s h a r i n g 圖i - i 燒綠石的晶體結(jié)構(gòu) f i g l - it h e $ 口u g r l r e o f p y r e c h o r c 1 4 稀土錫酸鹽合成的研究現(xiàn)狀 早期的稀土錫酸鹽的主要工作集中在納米顆粒的制備上，日前為止，已有 多種方法成功合成了稀土錫酸鹽hz 4 - 2 v ，主要有高溫回相反應(yīng)法、溶膠一凝膠法 r s o l g e l ) 、沉淀法、燃燒法和水熱法等，下面就稀土燒綠石合成的研究現(xiàn)狀進(jìn)行 簡(jiǎn)單介紹。 ( 1 】高溫固相反應(yīng)法 高溫固相臺(tái)成法是一種經(jīng)典的合成方法，用該法得到的粉末性能穩(wěn)定，結(jié) 晶度高。但因粒徑較大應(yīng)用時(shí)需經(jīng)球磨處理。固相反應(yīng)通常包括以下步驟： 固體界面如原子或離子跨過(guò)界面的擴(kuò)散；原子規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)； 新相成核； 通過(guò)固體的輸運(yùn)及新相的長(zhǎng)大。利用該方法合成稀土發(fā)光材料的主要優(yōu)點(diǎn)是： 微晶的晶體質(zhì)量?jī)?yōu)良，表面缺陷少，余輝效率高，利于工業(yè)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是在 1 4 0 0 1 6 0 0 。c 的高溫電爐中燒結(jié)，保溫時(shí)間較長(zhǎng)( 2h 以上) ，對(duì)設(shè)備要求較高， 離子容易團(tuán)聚，需球磨減小粒徑，從而使發(fā)光體的晶形受到破壞，發(fā)光性能下 降粒徑分布不均勻，難咀獲得球形顆粒，易存在雜項(xiàng)。k e n n e d yb 一等采用 高溫固相法，以s n o z 和稀上氧化物為反應(yīng)物，1 0 0 0 。cf 保溫2 天，然后在 1 4 0 0 1 5 0 0o c 條件下加熱5 無(wú)合成了燒綠石結(jié)構(gòu)的稀土錫酸鹽l n 2 s n z o t ( l n = y 弟1 蕈緒論 l a l u ) 。1 9 9 8 年，t o l l ab r u n o 2 8 1 等利用高溫固相法合成了燒綠石結(jié)構(gòu)的錫酸鈰 ( c e 2 s n 2 0 7 ) 。 ( 2 ) 溶膠凝膠法 溶膠凝膠法是從金屬的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物的溶液出發(fā)，在低溫下，通過(guò)溶液 中的水解、聚合等化學(xué)反應(yīng)，首先生成溶膠，進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝 膠，然后經(jīng)過(guò)熱處理或減壓干燥，在較低的溫度下制備出各種無(wú)機(jī)材料或復(fù)合 材料的方法。溶膠凝膠法因反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)物純度高、結(jié)構(gòu)的介 觀尺寸可以控制等優(yōu)勢(shì)引起眾多研究者的興趣2 9 1 。但是溶膠凝膠法工藝復(fù)雜， 需嚴(yán)格控制操作條件，容易造成離子的沉淀，破壞凝膠的均勻性。l uzg 【3 0 】等 采用溶膠凝膠法在c t a b 的輔助下，6 0 0o c 煅燒之后，合成了尺寸約為4 0n l n 的y 2 s n 2 0 7 。 ( 3 ) 沉淀法 沉淀法包括直接沉淀法、共沉淀法等。直接沉淀法是僅用沉淀操作從溶液 中制備氫氧化物或氧化物的方法；共沉淀法是將沉淀劑加入到混合金屬鹽溶液 中，促使各組分均勻混合沉淀，然后加熱分解以獲得產(chǎn)物的方法。共沉淀法需 嚴(yán)格控制操作條件( 如控制溶液的p h 值、儀器設(shè)備的結(jié)晶程度) ，容易形成團(tuán)聚 體，沉淀劑會(huì)作為雜質(zhì)引入，沉淀清洗困難。在用上述兩種方法時(shí)，沉淀劑加 入可能會(huì)使局部沉淀劑濃度過(guò)高，因此，可以采用能逐漸釋放沉淀劑n h 4 0 h 的尿素的均勻沉淀法【3 0 1 。w a n gs h u m e i 3 1 】等首次采用共沉淀法合成了尺寸為5 0 1 0 0n m 的單相燒綠石結(jié)構(gòu)的l a 2 s n 2 0 7 ；并且還用此方法首次合成了3 0 5 01 1 i n 的復(fù)合稀土錫酸鹽l a 2 x r e x s n 2 0 7 ( r e = e u 和d y ) 納米材料【3 2 1 。董相廷【3 3 】等也利用 沉淀法合成了o 5 岬的l a 2 s n 2 0 7 。 ( 4 ) 燃燒法 燃燒法是指通過(guò)前驅(qū)材料的燃燒而獲得目的物的方法。其基本原理是：在 一個(gè)燃燒合成反應(yīng)中，反應(yīng)物達(dá)到放熱反應(yīng)的點(diǎn)火穩(wěn)定時(shí)，以某種方法點(diǎn)燃， 隨后反應(yīng)由放出的熱量維持，燃燒產(chǎn)物即為所需材料，該方法具有反應(yīng)時(shí)間短、 制備的產(chǎn)物相對(duì)發(fā)光亮度高、粒度小、分布均勻及比表面積大等特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn) 研究中應(yīng)用較為普遍【3 們。s a r o h a np a r k 1 7 】等利用催化燃燒法合成了微米級(jí)的燒綠 石結(jié)構(gòu)的l n 2 s n 2 0 7 ( l n = l a ，s m ，g d ) 。 北京工業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩1 1 學(xué)位論文 ( 5 ) 水熱法 水熱合成法是制備具有特種結(jié)構(gòu)、功能性質(zhì)的固體化合物和新型材料的重 要合成途徑和有效方法。水熱合成法是指在密閉的體系中，以水為溶劑，在一 定的溫度下，在水的自生壓強(qiáng)下，原始混合物進(jìn)行反應(yīng)，通常是在不銹鋼反應(yīng) 釜內(nèi)進(jìn)行。近幾十年來(lái)隨著納米科技的發(fā)展，水熱法在納米材料的合成中扮演 了重要的角色。水熱法制備稀土納米粉具有純度高、晶形好、分散性好等特點(diǎn)。 水熱法包括水熱氧化、水熱分解、水熱沉淀、水熱合成等。水熱法的優(yōu)點(diǎn)主要 在于以下幾點(diǎn)： 1 ) 采用低、中溫液相控制，能耗較低，適用性廣。 2 ) 原料相對(duì)廉價(jià)易得，反應(yīng)在液相快速流動(dòng)中進(jìn)行，產(chǎn)率高、物相均勻、 純度高。 3 ) 工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需高溫煅燒處理，可直接得到結(jié)晶完好、尺寸分布小的粉 體，且產(chǎn)物分散性好。 4 ) 水熱過(guò)程中的反應(yīng)溫度、壓力、處理時(shí)間以及p h 值、所用前驅(qū)體的種 類及濃度等對(duì)反應(yīng)速率、產(chǎn)物的晶形、產(chǎn)物尺寸和形貌等有很大的影響，可通 過(guò)控制上述實(shí)驗(yàn)參數(shù)達(dá)到對(duì)產(chǎn)物的控制。 5 ) 合成反應(yīng)始終在密閉條件中進(jìn)行，可控制氣氛而形成合適的氧化還原反 應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)其它手段難以獲取的某些物相的生成和晶化。 水熱過(guò)程中反應(yīng)各組分的混合是在分子、原子級(jí)別上進(jìn)行的，反應(yīng)能夠達(dá) 到分子水平上的高度均勻，便于準(zhǔn)確控制組分比率，適合制備多組分體系；產(chǎn) 物物相純度高，可獲得較小的顆粒；設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作。 針對(duì)目前合成稀土燒綠石的各種方法，總結(jié)其各自的優(yōu)缺點(diǎn)如表1 2 。 自1 9 8 2 年開(kāi)始，用水熱反應(yīng)制備超細(xì)微粉的水熱法已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的重 視。用水熱法制備的超細(xì)微粉最小粒徑已經(jīng)達(dá)到數(shù)納米的水平。到目前為止， 水熱合成稀土錫酸鹽的報(bào)道并不多見(jiàn)。m o o nj o o h o 【2 6 1 等利用水熱方法合成了 3 0 0n n l 左右的l a 2 s n 2 0 7 顆粒，但是在水熱處理前，需要預(yù)先調(diào)節(jié)混合溶液的 p h 值。吉林大學(xué)的馮守華【3 4 】等曾用水熱法成功的合成了純相的l n 2 s n 2 0 7 ， g d 2 s n 2 0 7 和y 2 s n 2 0 7 納米晶，但該方法需要非常精確的控制反應(yīng)體系的p h 值， 否則容易出現(xiàn)其它雜相。本課題提出了采用稀土硝酸鹽、四氯化錫為前驅(qū)體的 第1 章緒論 表1 2 稀土燒綠石的合成方法及其優(yōu)缺點(diǎn) t a b l e1 - 2n es y n t h e s i sm e t h o d sa n dt h ea d v a n t a g e0 1 d i s a d v a n t a g eo fr a r e e a r t hp y r o c h l o r e s 中性的水熱合成方法，不添加任何絡(luò)合劑或表面活性劑，實(shí)現(xiàn)了絕大部分稀土 9 北京t 業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩十學(xué)位論文 錫酸鹽納米材料的水熱合成。實(shí)驗(yàn)證明，這種方法是一種普遍適用的高效稀土 錫酸鹽合成方法。 1 5 本課題研究的內(nèi)容及意義 基于目前稀土錫酸鹽納米材料制備的研究現(xiàn)狀，本課題提出了采用稀土硝 酸鹽和四氯化錫為前驅(qū)體的中性水熱合成方法，不添加任何絡(luò)合劑或表面活性 劑，實(shí)現(xiàn)了絕大部分稀土錫酸鹽納米材料的水熱合成，包括y 2 s n 2 0 7 、l a 2 s n 2 0 7 、 p r 2 s n 2 0 7 、n d e s n 2 0 7 、s m 2 s n 2 0 7 、e u 2 s n 2 0 7 、g d 2 s n 2 0 7 、z b 2 s n 2 0 7 、e r 2 s n 2 0 7 和y b 2 s n 2 0 7 等十種稀土錫酸鹽納米材料。同時(shí)，本課題采用x 射線衍射( x r d ) 、 透射電子顯微鏡( t e m ) 、傅立葉紅外變換光譜儀( f t - i r ) 、拉曼光譜儀( r a m a n ) 和紫外可見(jiàn)吸收光譜儀( u v - v i s ) 對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸和催化性能做了詳 細(xì)的研究。 本課題提出的稀土錫酸鹽納米功能材料的水熱合成工藝具有普遍適應(yīng)性， 且方法簡(jiǎn)單，成分可控，產(chǎn)物結(jié)晶好、純度高。本課題的研究對(duì)稀土錫酸鹽納 米材料的制備和應(yīng)用具有重要的意義。 第2 章實(shí)驗(yàn)原理與測(cè)試儀器 第2 章實(shí)驗(yàn)原理與測(cè)試儀器 2 1 水熱合成路線設(shè)計(jì) 2 1 1 實(shí)驗(yàn)試劑 采用稀土硝酸鹽和四氯化錫為反應(yīng)物，實(shí)現(xiàn)了絕大部分稀土錫酸鹽納米材料 的水熱合成。本實(shí)驗(yàn)中所用的稀土硝酸鹽全部為分析純級(jí)，來(lái)自北京方正稀土科 技研究所有限公司，四氯化錫則來(lái)自北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司，氫氧化鈉來(lái) 自北京化工廠。實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)藥品詳見(jiàn)表2 1 ： 表2 1 本文所用的化學(xué)藥品 t l b l e2 1c h e m i c a l su s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n 2 1 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 本文合成了1 0 種三元稀土錫酸鹽納米材料，它們的合成工藝基本相同，現(xiàn) 以錫酸釔2 s n 2 0 7 ) 為例，說(shuō)明具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。首先，按照化學(xué)計(jì)量比稱取一 定量的硝酸釔( y ( n 0 3 ) 3 6 h 2 0 ) 和四氯化錫( s n c l 4 5 h 2 0 ) ，加入到去離子水中，置 北京：業(yè)大學(xué)i 學(xué)壩十學(xué)位論文 于磁力攪拌器上攪拌直至全部溶解，形成透明澄清的溶液。然后加入一定量的氫 氧化鈉溶液，攪拌約3 0m i n ，使其混合均勻，將整個(gè)溶液轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯襯 里的高壓釜里，在一定溫度下保溫一段時(shí)間后取出，用去離子水清洗所得產(chǎn)物直 至中性，在8 0o c 下烘干即得最終產(chǎn)物。在同樣的條件下，合成了其余9 種稀土 錫酸鹽。具體實(shí)驗(yàn)流程如圖2 1 所示。 圖2 1 水熱合成稀土錫酸鹽流程圖 f i g 2 1t h ef l o wc h a r to fh y d r o t h e r m a ls y n t h e s i z er a r e - e a r t hs t a n n a t e s 2 2 測(cè)試儀器 一 為表征產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸及其催化性能，本文利用粉末x 射線衍射 儀( x r d ) 、透射電子顯微鏡( t e m ) 、傅立葉變換紅# b ( f t - i r ) 光譜儀、拉曼( r a m a n ) 光譜儀和紫外可見(jiàn)( u v - v i s ) 光譜儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了詳細(xì)的表征。 2 2 1 粉末x 射線衍射儀( x r d ) x 光的波長(zhǎng)在0 0 1 0 1 衄范圍，其尺寸與晶面間距相當(dāng)，當(dāng)一束單色光的 x 射線射入晶體，滿足b r a g g 公式2 d s i n o = n 2 時(shí)則發(fā)生衍射。式中九為x 射線的 波長(zhǎng)，玎為正整數(shù)，p 是入射x 射線與晶面的夾角，d 為晶體點(diǎn)陣間距。對(duì)于粉 末多晶樣品，由于試樣中小晶體的取向是隨機(jī)的，統(tǒng)一鏡面的無(wú)數(shù)衍射線構(gòu)成項(xiàng) 角為4 臼圓錐。不同的晶面對(duì)應(yīng)不同圓錐形衍射線，也就是對(duì)應(yīng)不同的入射角口。 根據(jù)b r a g g 方程就可求出其相應(yīng)的晶面間距。 第2 辛實(shí)驗(yàn)原理與測(cè)試儀器 當(dāng)晶粒度小于一定數(shù)量級(jí)時(shí)，由于每個(gè)晶粒中某一族晶數(shù)目的減少，使得 d e b y e 環(huán)變寬并衍射( 同時(shí)使衍射線條寬化) ，這時(shí)衍射線寬度與晶粒度的關(guān)系可 由謝勒公式表示： = 瓦0 8 面9 2 (2-1) d c o s p 式中，夕為半峰寬，以弧度計(jì)；d 為晶粒直徑；a 為x 射線波長(zhǎng)；目是入射x 射 線與晶面的夾角。 本文采用德國(guó)b r u k e r 公司的a d v a n c ed 8 型x 射線衍射儀( x r d ) 進(jìn)行物相定 性分析并對(duì)納米顆粒的尺寸進(jìn)行估算。該設(shè)備采用c uk a ( 2 = 1 5 4 1 7 8 a ) 作為x 光 源，管電壓4 0k v ，2 0 的掃描范圍為2 0 - - 7 0 0 ，掃描速度是0 1o m i n 。 2 2 2 透射電子顯微鏡( t e m ) 透射電子顯微鏡( t e m ) 主要由三部分組成，即電子光學(xué)部分、真空部分和電 子學(xué)部分，可對(duì)固體及顆粒樣品進(jìn)行明場(chǎng)像、暗場(chǎng)像超顯微結(jié)構(gòu)觀察、測(cè)量分析。 透射電子顯微鏡( t e m ) 與光學(xué)顯微鏡相似，不同之處在于前者是采用電子束，而 后者采用可見(jiàn)光束，同時(shí)前者采用電磁透鏡代替普通的玻璃透鏡。其通常采用 1 0 0k v 以上的高壓加速高能電子束，經(jīng)過(guò)雙聚焦透鏡形成直徑 0 5p , m 的極細(xì)的 電子束流，照射在極薄( 約1 0 0n m ) 的試樣上，然后通過(guò)檢測(cè)分析透射電子束來(lái)確 定樣品的形貌結(jié)構(gòu)等信息。 為表征樣品的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)，本文采用j e o l j e m2 0 1 0 f 型透射電子顯 微鏡( t e m ) 觀察樣品，工作電壓為2 1 0k v 。因?yàn)橥干潆娮语@微鏡要求試樣制作得 極薄，我們首先將納米顆粒制配成懸浮膠液，然后將試樣在銅網(wǎng)上做成薄膠膜。 樣品的形貌和尺寸可從t e m 圖片上直觀的看出。 2 2 3 傅立葉變換紅外( f t - i r ) 光譜儀 當(dāng)一束具有連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)物質(zhì)，物質(zhì)分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率或 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和紅外光的頻率一樣時(shí)，分子就吸收能量由原來(lái)的基態(tài)振( 轉(zhuǎn)) 動(dòng)能級(jí)躍 遷到能量較高的振( 轉(zhuǎn)) 動(dòng)能級(jí)，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍 遷，該處波長(zhǎng)的光就被物質(zhì)吸收。所以，紅外光譜法實(shí)質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部 北京t 業(yè)大學(xué)t 學(xué)碩十學(xué)位論文 原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來(lái)確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析 方法。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來(lái)，就得到紅外光譜圖。紅外光譜 圖通常用波長(zhǎng)( 舢或波數(shù)( w a v c n u m b e r ) 為橫坐標(biāo)，表示吸收峰的位置，用透光率 ( t ) 或者吸光度( a ) 為縱坐標(biāo)，表示吸收強(qiáng)度。 當(dāng)外界電磁波照射分子時(shí)，如照射的電磁波的能量與分子的兩能級(jí)差相等， 該頻率的電磁波就被該分子吸收，從而引起分子對(duì)應(yīng)能級(jí)的躍遷，宏觀表現(xiàn)為透 射光強(qiáng)度變小。電磁波能量與分子兩能級(jí)差相等為物質(zhì)產(chǎn)生紅外吸收光譜必須滿 足條件之一，這決定了吸收峰出現(xiàn)的位置。紅外吸收光譜產(chǎn)生的第二個(gè)條件是紅 外光與分子之間有耦合作用，為了滿足這個(gè)條件，分子振動(dòng)時(shí)其偶極矩必須發(fā)生 變化。這實(shí)際上保證了紅外光的能量能傳遞給分子，這種能量的傳遞是通過(guò)分子 振動(dòng)偶極矩的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。并非所有的振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生紅外吸收，只有偶極矩發(fā) 生變化的振動(dòng)才能引起可觀測(cè)的紅外吸收，這種振動(dòng)稱為紅外活性振動(dòng)；偶極矩 等于零的分子振動(dòng)不能產(chǎn)生紅外吸收，稱為紅外非活性振動(dòng)。 通常紅外吸收光譜吸收峰的波長(zhǎng)位置與吸收譜帶的形狀，反映了分子結(jié)構(gòu)上 的特點(diǎn)，可以用來(lái)鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)；而特征吸收峰的吸 收強(qiáng)度與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用以進(jìn)行定量分析和純度鑒定；應(yīng) 用紅外光譜可以測(cè)定分子的鍵長(zhǎng)、鍵角，從而推斷分子的立體構(gòu)型，判斷化學(xué)鍵 的強(qiáng)弱等。由于紅外光譜分