无机—有机纳米杂化材料的有序组装及其光催化研究

论文摘要

近年来,随着对纳米材料的深入研究,纳米组装杂化材料因为其结构和功能上的卓越特性,已经成为材料科学的一个新的研究热点,而日益受到人们的关注。 自组装技术近年来得到了极大发展,其中逐层自组装技术（layer-by-layer selfassembly technique）是最为简便有效的制备超薄膜的方法,近年来得到了广泛的应用。通过逐层自组装技术可以将带有相反电荷的无机、有机或高分子材料组装到平板基底上。目前已经利用逐层自组装技术制备出许多具有催化活性、磁性、光化学等性质的薄膜材料。 本论文选用具有独特的规则体型结构和优异的物理化学性能的八聚倍半硅氧烷([N（CH3）4]8[Si8O20])作为超薄膜的构筑模块。八聚倍半硅氧烷具有规则的立方六面体结构,粒子直径只有1.5nm,而且与一般的倍半硅氧烷相比具有良好的水热稳定性和机械性能。我们将八聚倍半硅氧烷与poly（diallyldimethylammonium chloride）（PDDA）交替沉积到CaF2单晶片上制备了新型纳米复合超薄膜——八聚倍半硅氧烷超薄膜。紫外可见光谱表明八聚倍半硅氧烷在CaF2单晶片上的沉积是高度有序的,红外光谱表明PDDA和Si8O208-确实被组装到超薄膜上了,用原子力显微镜对超薄膜(Si8O208-位于最表面一层)的表面形貌和Si8O208-的粒子形态的考察表明,超薄膜表面平滑,粒子大小均匀。 近年来环境污染问题越来越严重,利用无机半导体材料的光催化性能来解决环境污染问题的研究正日益受到重视。TiO2更是其中的研究热点。然而,TiO2的宽能带隙和光生电子/孔穴的高复合率限制了其实际应用。目前,最常用的减小TiO2能带隙的方法主要是添加电子捕获剂或进行染料敏化,这样可以使TiO2在可见光下表现出催化活性。还有一些科研工作者致力于制备TiO2微孔或大孔材料以增加比表面积。另外还有一部分工作则是直接把TiO2前驱体引入SBA-15孔道内壁制成纳米复合材料,但是用这种直接组装的方法制得的复合材料中TiO2含量不高,而且在分子筛孔道内壁分散的均匀程度也不能令人满意。 本论文第二部分工作中,我们首次将逐层自组装技术flayer-by-layer selfassembly technique)和溶胶-凝胶法（sol-gel）相结合制备TiO2-SBA-15。即首先在SBA-15孔道内壁组装荷电高分子使之功能化,然后将TiO2前驱体钛酸丁酯

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 纳米超薄膜的制备方法
• 1.1.1 LB膜技术
• 1.1.2 自组装技术
• 1.1.3 本论文选用的聚阴离子
• 1.1.4 工作设想
• 1.2 无机介孔材料内部有序纳米组装的研究基础及现状
• 1.2.1 纳米组装材料的主体—介孔分子筛
• 2）'>1.2.2 纳米组装材料的客体—光催化剂二氧化钛（TiO₂）
• 2-SBA-15的研究进展'>1.2.3 纳米复合材料TiO₂-SBA-15的研究进展
• 1.2.4 二氧化钛光催化剂的改性方法
• 1.2.5 工作设想
• 参考文献
• 8O₂₀^8-))n纳米复合超薄膜的制备及表征'>第二章 (PDDA／(Si₈O₂₀^8-))n纳米复合超薄膜的制备及表征
• 前言
• 2.1 药品及仪器
• 2.1.1 常用药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 超薄膜的表征方法
• 8O₂₀^8-))n的制备'>2.3 超薄膜(PDDA／(Si₈O₂₀^8-))n的制备
• 2.3.1 原料八聚倍半硅氧烷的合成
• 8O₂₀^8-))n的制备'>2.3.2 超薄膜(PDDA／(Si₈O₂₀^8-))n的制备
• 8O₂₀^8-))n的表征'>2.4 超薄膜(PDDA／(Si₈O₂₀^8-))n的表征
• 2.5 小结
• 参考文献
• 2-SBA-15及其染料敏化材料的制备、表征和光催化性能测试'>第三章 纳米复合材料TiO₂-SBA-15及其染料敏化材料的制备、表征和光催化性能测试
• 前言
• 3.1 药品及仪器
• 3.1.1 常用药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 表征方法
• 2-SBA-15的制备'>3.3 染料敏化纳米复合材料TY-TiO₂-SBA-15的制备
• 3.3.1 SBA-15的制备
• 2-SBA-15的制备'>3.3.2 TiO₂-SBA-15的制备
• 2-SBA-15的制备'>3.3.3 染料敏化材料TY-TiO₂-SBA-15的制备
• 2-SBA-15和TY-TiO₂-SBA-15的结构与表征'>3.4 纳米复合材料TiO₂-SBA-15和TY-TiO₂-SBA-15的结构与表征
• 3.5 催化剂的催化性能
• 3.5.1 催化剂的光催化活性评价方法
• 3.5.2 催化剂的用量对光催化效果的影响
• 2-SBA-15和TY-TiO₂-SBA-15催化性能的对比实验'>3.5.3 催化剂TiO₂-SBA-15和TY-TiO₂-SBA-15催化性能的对比实验
• 2-SBA-15的寿命考察'>3.5.4 催化剂TY-TiO₂-SBA-15的寿命考察
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章 结论
• 承担课题来源、论文发表情况
• 致谢