功能自组装膜的性质及应用研究

论文摘要

本论文利用无机离子与聚电解质功能基团间的相互作用，用层层自组装的方法将无机离子组装到膜中，然后通过化学反应制备无机纳米粒子/聚电解质复合膜，考察了复合膜的性质及在电催化方面的应用。牛血清白蛋白（BSA）与是两性生物分子，通过调节溶液的pH值，使牛血清白蛋白分子带正电或负电，因而可以分别与带负电的聚丙烯酸钠（PAS）或带正电的聚丙烯酰胺（PAM）自组装成膜。钙离子通过与BSA的羧基、氨基配位作用成功的组装到膜上，然后在二氧化碳气体的氛围下，在自组装膜上原位合成了碳酸钙纳米粒子。紫外测试（UV-vis）结果表明：自组装膜的吸收强度随着膜层数的增加而增强，而且二者有很好的线性关系。通过原子力显微镜（AFM）测试可知：当自组装膜的层数相同时，引入钙离子后，膜的厚度明显增加。红外光谱（FT-IR）表明在膜内生成的碳酸钙纳米粒子为方解石型。通过透射电镜（TEM）测试可以知道：此方法制备的碳酸钙纳米粒子分布非常均匀、平均粒径仅为7.9nm左右。以层层自组装技：术为基础，用聚乙烯亚胺、硝酸银的混合溶液和氯金酸溶液通过静电作用形成自组装膜。用硼氢化钠溶液还原膜中的Ag+、Au3+，制备了含有Ag、Au双层的纳米粒子复合薄膜。通过FT-IR，X射线光电子能谱（XPS）等测试手段可知，我们成功的合成了金银纳米复合的（PEI-Ag/Au）n多层膜，同时UV-vis测试表明这种多层膜是均匀组装的。从TEM图中可知：此方法制备的金银复合纳米粒子比金纳米粒子在膜中的分布更加均匀、平均粒径更小。同时，这种复合纳米粒子薄膜的电化学测试结果表明，金银纳米复合多层膜对抗坏血酸的催化性明显优于银纳米多层膜或金纳米多层膜对抗坏血酸的催化性，并且还可以发现：当膜的成分相同时，复合膜催化性随着膜的层数增加而增加。通过层层组装的方法制备了壳聚糖和四氯合钯酸钾的多层复合膜，壳聚糖在紫外光照射下原位还原Pd（Ⅱ）生成了钯纳米粒子。FT-IR测试说明壳聚糖与K2PdCl4发生作用，并且两者被成功的组装到基片上了。UV-vis测试说明膜的紫外吸收强度随着膜的层数增加而增强，二者基本呈线性关系。XPS测试表明：复合膜在紫外光照射下生成了单质钯，同时膜上的其它元素的化学环境也发生了改变。通过TEM观测单质钯的形貌可以发现：在反应开始1 h内，随着紫外光照时间的增加，纳米钯粒子的数目增加，但粒径变化不明显。当光照时间超过1 h后，纳米颗粒开始发生聚集，生成较大粒径的球形颗粒，且颗粒的总体数目减少。由电化学表征知道（CTS/Pd0）n复合膜对氧的催化还原有显著的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• §1-1 自组装膜的发展与应用
• 1.1.1 自组装的定义
• 1.1.2 自组装膜的发展概况
• 1.1.3 自组装膜的表征
• 1.1.4 自组装膜的应用
• §1-2 自组装膜在纳米材料制备中应用
• §1-3 论文设计思路及技术路线
• §1-4 本研究使用的几种主要成膜物质
• 1.4.1 牛血清白蛋白
• 1.4.2 壳聚糖
• 1.4.3 聚丙烯酸钠
• §参考文献
• 第二章 牛血清白蛋白自组装膜的制备及其诱导碳酸钙纳米粒子的研究
• §2-1 引言
• §2-2 实验部分
• 2.2.1 仪器和试剂
• 2.2.2 实验步骤
• §2-3 结果与讨论
• 2.3.1 成膜物质性质的研究
• 2.3.2 自组装膜的性质研究
• 2.3.3 含有配位金属离子的自组装膜性质的研究
• 3的形貌'>2.3.4 自组装膜诱导的纳米CaCO₃的形貌
• §2-4 结论
• §参考文献
• 第三章 自组装膜制备金银纳米复合粒子及其电催化性质的研究
• §3-1 引言
• §3-2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 实验步骤
• §3-3 结果与讨论
• 3.3.1 红外光谱
• 3.3.2 紫外光谱
• 3.3.3 复合膜还原前后的X-射线光电子能谱分析
• 3.3.4 多层膜诱导纳米粒子的TEM图
• 3.3.5 复合膜的电催化性质
• §3-4 结论
• §参考文献
• 第四章 钯纳米粒子自组装膜的制备及其对氧的电催化还原
• §4-1 引言
• §4-2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 实验步骤
• §4-3 结果与讨论
• 4.3.1 红外光谱
• 4.3.2 紫外光谱
• 4.3.3 多层膜还原前后的X-射线光电子能谱分析
• 0）₅形貌的影响'>4.3.4 光照时间对（CTS/Pd⁰）₅形貌的影响
• 0）_n复合膜对氧的电催化还原'>4.3.5 （CTS/Pd⁰）_n复合膜对氧的电催化还原
• §4-4 结论
• §参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的文章