几种无机氧化物纳米管的液相合成、生长机理及其应用研究

论文摘要

如何合理控制纳米材料的定向生长,进而实现对其尺寸、维度、组成、晶体结构乃至物性的调控,对于深入研究结构与物性的关联,并最终实现按照人们的意愿来设计合成功能材料具有重要的意义。本论文的主要目的是探索无机氧化物纳米管的化学液相合成路线,发挥化学液相合成技术在控制材料的微结构、形貌和尺寸等方面的优势,探索在化学液相中制备纳米管的新方法,期望得到形貌和尺寸可控的纳米管,获得一些纳米管的制备和形貌控制等方面的规律,并开拓纳米管的应用研究。在本论文中,成功制备了氢氧化镁、氢氧化镍、氧化亚钴、四氧化三钴等纳米管,探讨了它们的生长机理;以氢氧化镍和氧化亚钴纳米管为模板,利用氢气还原方法得到了金属镍和钴的纳米管;进行了氢氧化镁纳米管吸附印染废水的试验;另外,我们还研究了四氧化三钴以及氧化亚钴纳米管作为催化剂,在催化过氧化氢氧化底物中的反应,发现上述两种纳米管具有过氧化物酶的活性。主要内容总结如下:1、以氨水为沉淀剂,得到了氢氧化物的前驱体,通过控制溶液的pH值、离子强度以及使用醇/水混合溶剂,经过溶剂热反应,得到了氢氧化镁、氢氧化镍、四氧化三钴、氧化亚钴纳米管。与已有文献相比,本方法具有通用性,方法简单的优点。到目前为止,氧化亚钴纳米管的合成还没有文献报道。2、对上述纳米管的结构进行了表征,通过HRTEM发现了这些纳米管中超结构的存在,推测可能是在形成过程中由于氧空位引起的。3、采用粉末衍射、电子显微镜等众多技术手段研究了产物的物相、形貌和结构;详细地研究了各反应参数对产物的形貌和尺寸的影响,深入探讨了这些纳米管的形成机制,发现纳米管的形成可以分为三个步骤:第一步:前驱体在高温高压下,重新溶解在混合溶剂中,随着饱和度的不断增加,溶解在溶剂中的前驱体又重新结晶,我们推测这个过程发生的驱动力与这些前驱体的层状结构以及它们的六方晶体结构有关;第二步:这些纳米片又发生了破裂,形成了一些小的纳米聚集体;第三步:这些小的纳米聚集体又组装成纳米管。4、以氢氧化镍和氧化亚钴纳米管为模板,利用氢气还原方法得到了金属镍和钴的纳米管。5、通过氢氧化镁纳米管吸附印染废水的试验,与商用氢氧化镁相比,发现纳米管的吸附能力较强。6、研究了四氧化三钴以及氧化亚钴纳米管做为催化剂,在催化过氧化氢氧化底物中的反应,对两种纳米管催化H2O2氧化TMB的动力学进行了研究。发现Co3O4、CoO纳米管在催化H2O2氧化TMB的反应中,催化机理与辣根过氧化物酶的催化机理类似,即Co3O4、CoO纳米管具有辣根过氧化物酶的活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 碳纳米管的合成及在生物领域的应用
• 1.2.1 碳纳米管与DNA 的相互作用及其分析应用
• 1.2.2 碳纳米管与蛋白质的相互作用及其分析应用
• 1.2.3 碳纳米管在细胞中的应用
• 1.3 非碳无机纳米管
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 金属硫化物纳米管
• 1.3.3 金属氧化物纳米管
• 1.4 本论文的选题背景和研究内容
• 1.4.1 无机层状材料
• 2 结构的层状材料'>1.4.2 具有CdI₂结构的层状材料
• 1.4.3 本论文的合成方法
• 1.4.4 本论文的研究内容及其意义
• 参考文献
• 第二章 氢氧化镍、氢氧化镁纳米管的溶剂热合成及其应用研究
• 2.1 概述
• 2.2 氢氧化镍、氢氧化镁纳米管的溶剂热合成及其机理探索
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 实验部分
• 2.2.3 产物物相的确定
• 2.2.4 纳米管的形貌及微结构分析
• 2.2.5 纳米管的生长过程分析
• 2.2.6 反应条件的影响
• 2.3 氢气热还原氢氧化镍制备镍纳米管
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 实验部分
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.4 氢氧化镁纳米管对染料的吸附试验
• 2.4.1 试验部分
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 结论
• 参考文献
• 第三章 混合溶剂热法合成四氧化三钴纳米管及纳米块
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 所得到产物的物相分析
• 3.4 四氧化三钴纳米材料的形貌分析
• 3.5 四氧化三钴纳米材料的微结构分析
• 3.5.1 纳米管的微结构分析
• 3.5.2 纳米块的微结构分析
• 3.6 纳米管的生长过程分析
• 3.7 反应过程中的物相转变研究
• 3.8 试验条件影响
• 2+和NH₃·H₂O浓度的影响'>3.8.1 Co²⁺和NH₃·H₂O浓度的影响
• 3.8.2 滴加方式的影响
• 3.8.3 pH 值的影响
• 3.8.4 溶剂的影响
• 3.8.5 硝酸钠的氧化作用
• 3.9 前驱体分析
• 3.10 结论
• 参考文献
• 第四章 氧化亚钴纳米管以及金属钴纳米管的合成
• 4.1 氧化亚钴纳米管的合成以及形成机理初探
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 实验部分
• 4.1.3 所得产物的物相及纯度分析
• 4.1.4 所得产物的形貌及微结构分析
• 4.1.5 纳米管随时间的演变过程分析
• 4.1.6 反应过程中的物相转变研究
• 4.1.7 反应条件的影响
• 4.2 氢气热还原氧化亚钴纳米管制备钴纳米管
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 实验部分
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 结论
• 参考文献
• 第五章 氧化亚钴与四氧化三钴纳米管的辣根过氧化物酶活性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 分析方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 pH 值对催化反应的影响
• 5.4.2 温度对催化反应的影响
• 2O₂浓度对Co₃O₄、CoO 纳米管催化活性的影响'>5.4.3 H₂O₂浓度对Co₃O₄、CoO 纳米管催化活性的影响
• 5.4.4 催化反应随时间的变化关系
• 5.4.5 两种纳米结构对TMB 的氧化反应
• 5.4.6 浸出液的催化性能与纳米颗粒溶液催化性能的比较
• 5.4.7 四氧化三钴纳米管与商用四氧化三钴催化性能的对比
• 5.4.8 反应机理的推测
• 5.5 过氧化氢以及葡萄糖的检测
• 5.6 结论
• 参考文献
• 论文、专利及科研成果情况
• 致谢