材料化学实验-1-1

1、材料化学实验吉林大学化学学院实验一 mg?单分子磁体的合成一、实验目的1. 了解单分子磁体的基本性质。2. 掌握mn12o12 (o2cme) 16 (h2o)4的合成方法。二、实验原理单分子磁体是近二十年來才发展起來的一种新型磁性材料。不同于传统的磁性材料，单 分子磁体的磁性并不是由分子间的长程有序相互左右产生的，而是由单个分子内口旋中心的 相互作用而产生的。所以单分子磁体具有体积小、尺寸单一、可溶性好等一些其他材料无法 替代的优点。这使得其在高密度存储、量子计算机等方面有着巨大的潜在应川价值。mn12o12 (o2cme) 16 (h2o)4是 1993年由roberta sessoli.

2、 hui lien tsai 等发现的第一个具冇 单分子磁体性质的化合物。其结构町以看成是由四个mn(iv)核心，八个mn(hi)环绕在周围 的结构。mn12o12 (o2cme) 16(h2o)4分子，紫色球为mn(lv),蓝色球为mn(iii),红色球为0制备mn12o12 (o2cme) 16(h2o)4是一个氧化还原反应，要在适当的条件下由高镒酸钾氧化醋 酸猛得到目标产物，同时控制反应温度以提高产率。反应方程式为：44mn (ch3coo)2-4h2o+16km ncu+lschsooh =5m n12o12(ch3coo)16(h2o)41-2ch3cooh-4h2o+16k(ch3

3、coo)+140h2o三、实验仪器和试剂1. 仪器100ml烧瓶1个电子天平1台 循环水真空泵1台 抽滤瓶1个研钵1个2. 试剂去离子水醋酸猛a.r.50ml量简1支控温磁力搅拌器1台 布式漏斗1个磁力搅拌子1个x射线粉末衍射仪冰醋酸a.r. 高猛酸钾a.r.四. 实验步骤1. 在40ml 60%的醋酸溶液屮加入醋酸ti4.04g 16.5mmol,搅拌使醋酸钮完全溶解。2. 取高镒酸钾l.oog 6.33mmol研细，在搅拌下将研细的高镒酸钾加入到醋酸镒溶液中, 搅拌使高铭酸钾完全溶解(约510分钟o3停止搅拌，以rc/5min的速率ill室温升温至50g 冷却至室温。4静置24-72小时，

4、倒去棕黑色浊液，烧瓶壁上析出黑色矩形晶体。用100ml内酮洗涤. 过滤、晾干，得到产品(产率80%,以猛计)。5.对所得样吊进行x射线粉末衍射测试。xrd 图:五、实验结果和处理1. 产品产量.产率颜色外形：产量：产率：2. xrd测试结果六、思考题1. 怎样确定高镒酸钾已经完全溶解?2. 为什么高镒酸钾溶解后姿停止搅拌?七. 参考文献1 王庆伦，廖代正.分子磁体及其磁学表征.化学进展，2003, 15 (3)： 161.2 王天维，林小驹，韦吉宗，黃辉，游效曾。单分子磁体.无机化学学报.2002, 18 (11)： 1071.孟笑天，李永利，李保卫单分子磁体的研究进展.生物磁体.2006,

5、6 (1)： 61.实验二无机纳米发光材料(丫2。3冋)的制备及光学性质 测定实验目的1. 了解稀土元素的特点及光学性质。2. 拿握水热法制备稀土 y2o3： eu弟纳米线的方法。3. 了解稀十纳米晶的发光原理及光谱测试方法。实验原理稀土离子的能级和毓迁稀土元素包括17个元素，即属于元素周期表中iiib族的15个斓系元素以及同属iii b族 的铳和铠。辆系原子的电子组态为：ls22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2/ n = 0-14, m = 0 或 1。簡系稀土元素形成三价稀土离子时首先失去的是6s和5d电子，使三价稀土离子具有顺 序增加的4t

6、电子结构，n"l，,14,分别对应于la3+z ce3+，,lu”离子。稀土离子具有丰富 的多巫态能级。电子在这些能级间的跃迁产生了人虽的吸收和荧光光谱的信息。这些光谱信 息与化合物的组成、价态和结构密切相关。因此，根据实验所得的光谱信息，可研究化合物 的成分、结构及化学键的性质；另一方而，又可为合成具冇特定光学功能的化合物进行材料 设计，这已成为当前稀上化学与物理的重要研究内容。稀土掺杂低维纳米体系的合成和发光性质研究受到学术界广泛的关注。这是由于一些稀 土掺杂材料是理想的光电功能材料,在发光显示、光通讯、光存储、激光及生物标识领域有 着十分广泛的应用。另一方面由于稀土离子具有超敏

7、跃迁，乂可以作为研究物质微观环境的 荧光探针。水热合成方法水热法是合成稀土纳米材料的一种重要的方法，它是以水为传递压力的介质，在高温高 压下进行。相比于常温常斥，高温高圧的介质中化介物会表现出不同的性质，比如溶解度和 离子活度会增加、晶体结构转型等特点。这些特殊性质很有利于合成纳米粉材料，用水热反 应制得的晶体材料结晶度好、粒径小、分布均匀，团聚程度很轻。水热法合成材料无需锻烧， 避免了晶粒长大以及杂质缺陷，制备的材料发光亮度高。y2o3: eu3+纳米线是在高温高压下，由前驱体按一定取向生长而成的，由丁是在碱性条件 下，合成的初级产物是y(oh)3纳米线，经过500°c退火后，变成

8、y2o3: eu3+纳米线。光谱测量方法光谱是研究原子及分子等微观世界的种重要手段。特别是随激光的出现而发展起來的 激光光谱学方法，具冇高分辨、超快速及窩灵敏等显著特点，使光谱学技术发生了质的飞跃。 在实际的工作中，通过荧光光谱、激光选择激发及发光动力学的测量，使我们能够了解微观 体系能级利跃迁的信息，并由此深入研究材料的光学性质和光物理过程。实验仪器及用品1. 材料制备：反应釜，烧杯，ph计，烘箱及马弗炉。硝酸铠，硝酸钳，硝酸，去离子水，无水乙醇，氢氧化钠。2. 结构及光谱测试：xrd测试、岛津光谱仪。实验步骤一、材料的制备1. 将y2o3和eu2o3（摩尔比为1：0.01）溶于浓硝酸中,通

9、过加热除去多余的浓硝酸,然 后加入100 ml的去离子水.加热搅拌使其完全溶解。带格式的：首行缩进：0字符，定 义网格后不调整右缩进，行距：单 倍行距.不对齐到网格2. 利用0.2 mol/l的naoh溶液调节ph值为1213（用ph计）,充分搅拌后，倒入聚卩卜 氟乙烯内衬的反应釜屮，于180c恒温6个小时。3冷却后，用蒸锚水洗涤样品，并于8000转/分钟条件离心，倒去清夜，重复两次， 收集沉淀物，利用去离子水反复洗涤样品，最后将口色沉淀物收集并丁70°c宾空条件干燥， 得到y（oh）3白色粉末。4. 将y（oh）3粉末于500°c退火2小时。得到纳米晶。二. 结构及光谱测

10、试1. 利用x射线衍射仪测试纳米晶结构：测试范围20-70%走角范围47分钟。2. 利用光谱仪测试纳米晶的激发、发射光谱：监测位置612 nm,测试激发光谱，再根 据激发谱位置，测试样品发射光谱。从发射光谱屮指认出发射峰对应的能级跃迁。思考题1. 利川水热法制备了 y2o3纳米晶：讨论温度和ph值对反应过程的影响。2. 讨论稀土 eu离子发光与其能级结构跃迁的关系实验三助熔剂法制备钙钛矿结构的稀土猛氧化物一实验目的1. 了解助熔剂合成方法的原理及应用2. 掌握尚温助熔剂法的实验操作与注意爭项二.实验原理助熔剂法的基本原理是，结晶物质溶解丁低熔点的助熔剂高温溶液内，形成均匀的饱和 溶液，然后通过

11、缓慢降温或其它办法进入过饱和状态，使晶休析出。这个过程类似丁自然界 中矿物晶体在岩浆中的结晶。所以助熔剂法在原理上和溶液生长相似。但按其状态来说又像 熔体（浓度很人的溶液和很不纯的熔体实质上是难以区分的），既可归入溶液生长一类，也可 归入熔体生长一类。这里我们将它作为液周生长川的一个独立生长方法來叔述。助熔剂法生长晶体有许多突出的优点,首先是适用性很强,几乎对所有的材料,都能找 到一些适当的助熔剂，从中将其单晶生长出來，其次是降低了生长温度，特别是对于生长高 熔点和非同组分熔化的化合物晶体，更显出其优越性。此外，该方法所需设备简单，是一种 很方便的生长技术。缺点是生长周期较长，晶体一般较小，比

12、较适合研究用。u 20 1h纪80 年代以來，助熔剂法已成为一种晶体材料研究中十分重要的实验室生长方法，而h己成为一 种能批虽生产大尺寸晶体的实用技术，令人刮fi和看。三仪器和试剂1. 仪器高温塩烟2个玛瑙研钵1套50ml烧杯2个分析天平1台马弗炉1台循环水真空泵1台光学显微镜2台x射线衍射仪1台试剂23a.r.mno?a.r.nacia.r. caoa.r.四. 实验步骤1. 先在分析天平上准确称取05mmol 1_巧03、lmmol mno2和lommol naci （助熔剂）固体， 放入玛瑙研钵中，研轉30分钟充分混合。放入高温坦圳中，置于马弗炉850°c中晶化 24小时。反应

13、物与助熔剂的摩尔比例关系为la2o3： mno2： naci=0.5： 1： 10。最后将反 应混合物进行抽滤，洗涤，空气中晾干，得样品一。2. 基本实验操作同上,仅将反应物与助熔剂的摩尔比例改为la2o3： mno2： naci=0.5： 1： 20,得样品二3. 基木实验操作同上，仅将反应物中加入0.2mmol cao m体，反应物与助熔剂的摩尔比例 为 la2o3： cao： mno2： naci=0.5： 0.2： 1： 20,得样品三。4. 对所合成的三个样品进行x射线粉末衍射测试，并通过使用光学显微镜对所得样品进行 晶体外形观察五. 实验结果和处理使用x射线粉末衍射和光学显微镜对所

14、得样品的晶化度.晶粒形貌和尺寸进行表征和分 析。实验四金属有机骨架材料m0f-5的合成与表征实验目的1. 了解金屈有机骨架化合物的特点；2. 了解学握金属有机骨架化合物的溶剂热合成方法;3. 了解金屈有机骨架化合物的常川农征方法。实验介绍1999 年，yaghi 研究小组报道了对苯二甲酸(h2bdc = 1, 4-benzenedicarboxylic acid)与 金属锌构筑的经典金属冇机骨架材料m0f5 (zn04(bdc)3>(dmf)8ec6h5ci)o该化合物具冇三 维的正方形孔道，孔径大概为13九m0f-5在空气中可稳定存在到300 2c,在客体分子完 全除去后，仍能够保持晶

15、体完好。mof-5可以吸附氮气、冠气以及多种有机溶剂分子，吸 附illi线属于典型的i型吸附等温线。mof-5的骨架空旷程度约为55-61%, langmuir比表面 积高达2900 m2>g主要仪器和药品六水合硝酸锌、对苯二中酸、nn二甲基中酰胺、三氯甲烷; 多功能温控搅拌器、50ml烧杯、保鲜膜。合成步骤将0.02 g对苯二甲酸和0.13 g a水介硝酸锌充分溶解在盛冇15 ml nn二甲基卬酰胺的 烧杯中中。将烧杯用保鲜膜覆盖后，置丁85弋的烘箱中密闭静置12小时，得到无色立方 晶体，冷却至室温，川三氯甲烷将晶体洗涤数次，干燥后备川。材料表征1. 探卡显微镜表征；2. 粉末x射线衍

16、射表征;3 差热热重表征。思考题实验五纳米级轻基磷灰石的制备及表征一、实验目的1. 试验轻基磷灰石的制备方法2学握利川共沉淀法制备纳米材料，了解该方法的特点。3. 了解疑基磷灰右的表征方法。二、基本原理释基磷灰石(ca10(po4)6(oh)2或ha)是人体和动物骨骼的主要无机成份。人工合成的ha 可制成多种材料如人工骨材料、荧光材料等，而纳米ha更由于英特冇的农而多孔型结构、 比表面枳人、吸附能力强等性能，因此在催化、分离和离子交换等方面有广泛应用。ha作 为金属离子载体制成抗菌剂，可广泛应用于塑料、纺织.涂料、陶瓷等领域。h前,制备纳米材料的方法主要有水热法、溶胶凝胶法、微乳液法、化学沉淀

17、法等。 在这些方法中，水热法、溶胶凝胶法已用于纳米ha的合成，但主要存在反应条件苛刻、原 料成本高等不足，而化学沉淀法工艺简便、反应温度低.易于工业化。本实验以硝酸钙和磷酸二氢钱为原料，通过控制共沉淀条件制备了纳米ha,以xrd. sem、tg/dsc等手段对样品形态结构进行表征。三、仪器和试剂 仪器马弗庶 磁力加热搅拌器、ph计、烘箱、x射线衍射仪、扫描电镜、热電/差示扫描量 热分析仪2. 试剂ca(no3)2-4h2o, (nh4) h2po4,氨水,聚乙二醇(peg 分子量 1000)。四、实验步骤1. 利用化学共沉淀法制备纳米级强基磷灰石将 ca(no3)2- 4h2o 及(nh4)h

18、2po4按化学计量比 ca/ p=1.67,分别称取 4g 的 ca(no3)2- 4h2o 和l2g的(nh4)h2po4,分别溶于50ml水中配成溶液,在50°c下,边搅拌边滴ml(nh4)h2po4 至ca(no3)2溶液，同时用氨水保:持ph值在10左右，半小时滴完。沉淀完全后加入聚乙二 醉03g作为分散剂，并在70七下陈化3小时，冷却后过滤洗涤数遍，再将滤饼在120x下 干燥,并于500。(2下锻烧1小时，研磨后得到ha粉末。其反应式为：10ca(no3)2- 4h2o + 6(nh4)h2po4 + 12nh3- h2ocai0(po4)6(oh)2 +-2owh4no3 + 10h2o乙纳米级径基磷灰石的物相分析和形貌表征在专职教师的指导下,分别使用x射线衍射仪(xrd)、扫描电镜(sem)以及热重/差 示扫描量热分析仪(tg/dsc)对样品进行物相.形貌及热稳定性表征。五、实验结果和处理1. 利用化学共沉淀法制备纳米级释棊磷灰石理论产量:g:实际产量:g:产率：。2. 纳米级軽基磷灰石的物相分析和形貌农征(1) xrd分析结果描述sem观察到的样品形貌tg/dsc的结果分析：吸热/放热峰的位乱 失重的温度及比例 六、思