钙钛矿氧化物生长过程和机理的同步辐射原位SAXS/XRD/XAFS研究

Perovskite oxides are very important functional materials and have quite flexible structural characterizations. Therefore, they have wide applications. However, as the growth mechanisms of solid state materials are still not understood ultimately, it is quite difficult to realize the targeted synthesis of perovskite oxides according to the application requirements. In the present project, we propose inorganic additive and optical field-assistant hydrothermal methods to synthesize of Ti based perovskite oxides ATiO3（A = Ca, Ba, Sr, Pb）and AxA′1-xTiO3 solid solutions; an in situ cell based on synchrotron radiation will be designed and constructed; the hydrothermal formation process and mechanisms of perovskite oxides will be investigated by combining small-angle X-ray scattering (SAXS), X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption fine structure (XAFS); the influences of inorganic additives, ultraviolet light and different precursor elements on the hydrothermal reaction process will be discussed. We expect the results obtained from this project can provide scientific guide to develop general rule for controllable hydrothermal synthesis of solid state materials.

钙钛矿氧化物是重要的功能材料，具有灵活的可“人工裁剪”的设计特点，应用领域广阔，然而，由于未能从根本上理解固体材料的生长机理，难以根据应用性能的要求，目标制备钙钛矿氧化物。本项目在分析制约固体材料生长机理研究的关键因素（反应动力学和反应过程）的基础上，提出以无机盐辅助和光场辅助水热法制备Ti基钙钛矿氧化物ATiO3（A = Ca, Ba, Sr, Pb）和AxA′1-xTiO3固溶体为突破口；设计和搭建基于同步辐射光源的原位测试装置；结合原位小角X-射线散射（SAXS）/X-射线衍射（XRD）/X-射线吸收精细结构（XAFS）研究钙钛矿氧化物在水热反应条件下的生长过程和生长机理；探讨不同无机盐添加剂、外加紫外光场和不同的前躯体元素对水热反应过程的影响，为探索控制固体材料水热生长的一般规律提供科学依据。

钙钛矿氧化物是重要的功能材料，具有灵活的可“人工裁剪”的设计特点，应用领域广阔，然而，由于未能从根本上理解固体材料的生长机理，难以根据应用性能的要求，可控制备钙钛矿氧化物。本项目通过与上海光源的研究人员合作，共同设计和搭建了可实现小角X-射线散射（SAXS）/X-射线衍射（XRD）/X-射线吸收精细结构（XAFS）同时测试的原位反应装置，并通过改造商业化的漫反射傅立叶变换红外光谱(DRIFTS)原位反应装置，实现了在反应过程中同时对DRIFTS/XAFS 信号进行采集。系统研究了TiO2前驱体的晶面特性、无机盐添加剂以及光场辅助对Ti基钙钛矿氧化物SrTiO3生长过程以及产物光催化性能的影响，报道了SrTiO3在水热反应条件下的活化能；在此基础上，比较了一系列Ti基钙钛矿氧化物（SrTiO3，PbTiO3，BaTiO3）及其固溶体的生长过程以及光催化性能，初步建立了水热反应参数调控与钙钛矿氧化物生长过程与光催化性能之间的关联。应用自行搭建的原位反应装置研究了其他材料（如Bi2O2CO3, Ag/Bi2WO6)的生长机理以及光催化氧化NO的反应过程，阐述了NO氧化中间产物与反应活性之间的关联。本项目在CrystEngComm, ACS Applied Materials and Interfaces, Journal o Hazardous Materials等期刊发表SCI论文6篇，申请发明专利3项，参加国际、国内会议及由上海光源组织的培训班8次，毕业研究生2名。