一维微纳米功能材料的构筑与调控

论文摘要

一维微纳米功能材料因其独特的结构与优异的性能而倍受重视。本论文采用液相法合成了纳米棒状8-羟基喹啉铜和甘氨酸铜，并以它们为线模板简易制备聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）和硫化铜（CuS）纳米管。利用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、X射线粉末衍射、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱等测试手段，分析产物的结构和性能。研究各种反应条件对产物形貌、尺寸和结构的影响，探索其形成机制与调控因素。以8-羟基喹啉和乙酸铜为主要原料，通过简单调控醇水介质和熟化时间，液相沉淀法快速合成出大量不同形貌和晶型的8-羟基喹啉铜微纳米材料。研究表明，以8-羟基喹啉盐酸水溶液与乙酸铜水溶液反应，合成了直径40-130nm的棒状α型二水合8-羟基喹啉铜沉淀物。以8-羟基喹啉乙醇溶液与乙酸铜乙醇溶液反应，获得了厚度约300nm的板条束状α型无水8-羟基喹啉铜微纳米结构。若采用8-羟基喹啉乙醇溶液与乙酸铜的乙醇/水溶液反应，当体系总醇/水体积比为3:1时，随着熟化时间的延长，产物由亚稳的α型和γ型晶相向稳定的β型晶相转变，形貌从胡须束状/菱片状混合结构转变为纳米棒状/菱片状混合结构，50min熟化后最终形成菱片状β型二水合8-羟基喹啉铜及其四角星形自组装体。以8-羟基喹啉铜纳米棒为线模板，采用化学氧化聚合法，成功制备出形貌规整的导电聚吡咯和聚苯胺纳米管。其中，PPy纳米管的内径为20-35nm，壁厚约8-25nm；而PANI纳米管的内径分布在15-115nm之间，壁厚约15-55nm。设计了一条新颖、简易、高效、环保的循环路线制备PPy纳米管。采用乙醇溶剂诱导的转相结晶法，制备出大量廉价、无毒、水溶性的甘氨酸铜纳米棒。引入少量聚乙烯吡咯烷酮（PVP）辅助处理水溶性甘氨酸铜模板，成功制备出形貌规整和表面质量较好的PPy纳米管，其内径为20-70nm，壁厚约15-95nm。以水溶性甘氨酸铜纳米棒为自牺牲前躯体和线模板，在少量PVP表面活性剂辅助下，成功制备出形貌规整的六方相CuS纳米管。纳米管为多晶结构，其内径为40-230nm，壁厚10-50nm，纳米管壁是由粒径约7nm的颗粒组成。CuS纳米管在中红外区具有良好透过特性、在紫外-可见光区存在吸收和在374nm出现宽的荧光发射。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 一维微纳米功能材料概述
• 1.1.1 纳米科技和纳米材料
• 1.1.2 一维纳米结构的构筑方法
• 1.1.3 一维微纳米功能材料的概念和分类
• 1.2 金属有机配合物一维纳米材料的制备与进展
• 1.2.1 气相生长
• 1.2.2 液相生长
• 1.2.3 自组装
• 1.3 导电聚合物一维纳米材料的制备与进展
• 1.3.1 硬模板法
• 1.3.2 软模板法
• 1.3.3 无模板法
• 1.4 金属硫化物纳米管的研究与进展
• 1.4.1 柯肯达尔效应
• 1.4.2 基于柯肯达尔效应制备金属硫化物纳米管
• 1.5 论文的选题和研究内容
• 第二章 8-羟基喹啉铜纳米棒的合成与形貌调控
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验设备与仪器
• 2.2.3 实验过程
• 2.3 结果分析与讨论
• 2.3.1 产物的结构分析与表征
• 2.3.2 醇水介质对产物形貌的影响
• 2.3.3 反应物浓度对产物形貌的影响
• 2.3.4 熟化时间对产物形貌和晶型的影响
• 2.3.5 结晶温度对产物形貌的影响
• 2.3.6 材料的形成机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 配合物线模板制备导电聚合物纳米管
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验设备与仪器
• 3.2.3 实验过程
• 3.3 纳米棒状 8 - 羟基喹啉铜模板制备PPy和PANI纳米管
• 3.3.1 PPy纳米管产物的分析与表征
• 3.3.2 PPy产物形貌和尺寸的影响因素
• 3.3.3 PPy产物的导电性能
• 3.3.4 循环线路制备PPy纳米管的设计
• 3.3.5 PANI纳米管产物的分析与表征
• 3.4 PVP辅助水溶性甘氨酸铜纳米棒模板制备PPy纳米管
• 3.4.1 甘氨酸铜纳米棒模板的分析与表征
• 3.4.2 PPy产物的分析与表征
• 3.5 本章小结
• 第四章 硫化铜纳米管的水溶性模板法合成及其光学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验设备与仪器
• 4.2.3 实验过程
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 硫化铜产物的物相分析
• 4.3.2 硫化铜产物的形貌与结构分析
• 4.3.3 硫化铜产物形貌和尺寸的影响因素
• 4.3.4 硫化铜纳米管的形成机理分析
• 4.3.5 硫化铜纳米管的光学性能分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间的研究成果及发表的学术论文