聚合电解质控制下的纳米材料的合成及机理研究

论文摘要

本论文较系统地研究了聚电解质在纳米材料合成中对晶体形貌的调控作用。将聚电解质引入到了有机微晶的合成过程中,采用有机小分子功能染料作为研究对象,构筑了三维等级结构。为有机小分子晶体的形貌控制提供了新的思路。研究了聚电解质和有机小分子功能材料的协同作用,在二者的共同调节下合成了球霰石相的碳酸钙空心球结构,丰富了生物模拟矿化制备无机生物材料的方法。本文还将聚电解质引入到了无机纳米材料氧化锌的合成过程中,采用二步法合成出了结构新颖功能性更强的氧化锌纳米空心管结构。研究结果归纳如下:1.以阳离子聚电解质聚氢氯化丙烯胺（PAH）和阴离子聚电解质聚苯乙烯磺酸钠（PSS）作为调控荧光素晶体形貌的改性剂,通过调节体系反应条件（比如聚合物和原料浓度、超声、摇床辅助手段等）,得到了荧光素晶体新颖的类似珊瑚的等级结构,单分散的多孔球和类浮雕状等尺寸形貌可控的有机晶体。讨论聚氢氯化丙烯胺等对荧光素溶液的紫外吸收光谱的影响。特别值得提出的是,其形成机理同样可以用聚合物调节无机材料晶体结构的机理来解释。进一步扩展了聚合物模板法在有机晶体生长调控中的应用。2.采用生物矿化方法,利用聚氢氯化丙烯胺和染料罗丹明B（Rhodamine B）的协同作用,控制合成出了球霰石相的CaCO3空心球。而且经过更长时间的转化过程,部分的球霰石相会转化为特殊四面体形貌的方解石。通过多组对比实验,充分证明了聚电解质和有机小分子的协同作用,说明引入了功能小分子后可以改善聚电解质对晶体的调控性能。这种多调控剂的协调作用有可能为合成特殊结构材料提供一种新的合成途径。3.利用聚丙烯酸（PAA）作结构引导剂在低温（60°C）条件下,通过两步合成法在玻璃衬底上生长了ZnO纳米管。这种纳米管内部松散多孔,因此可以用于催化,传感器,能量存储或储氢材料。通过改变聚丙烯酸浓度以及其他添加剂的协同作用,合成了各种有趣的纳米管。这对可控调节ZnO的发光性能有重要的意义。此外,还较详细阐述了此种合成方法的可能的生长机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 聚合电解质模板合成纳米晶体的最新进展
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料与性能
• 1.3 晶体的生长习性和选择性吸附
• 1.3.1 晶体生长的基本原理
• 1.3.2 选择性吸附及其在晶体形貌控制中的作用
• 1.4 聚合电解质控制结晶
• 1.4.1 以聚合物和表面活性剂为模板的材料合成法介绍
• 1.4.2 利用无定形前驱体颗粒的结晶
• 1.4.3 聚合电解质控制晶体合成的最新研究进展
• 1.5 本论文的选题背景和研究内容
• 参考文献
• 第2章 采用重结晶法使用聚电解质控制有机小分子染料的结晶
• 摘要
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论部分
• 2.3.1 荧光素乙醇溶液在水中重结晶得到的荧光素晶体
• 2.3.2 在PAH调控下荧光素的结晶
• 2.3.3 聚合物浓度对荧光素晶体形貌的影响
• 2.3.4 初始荧光素乙醇溶液浓度对荧光素晶体形貌的影响
• 2.3.5 摇床和超声对调控荧光素晶体形貌的辅助作用
• 2.3.6 荧光素晶体形貌随时间的变化
• 2.4 PSS控制下的荧光素晶体的形貌
• 2.5 PAH控制下荧光素超结构的形成机理
• 2.6 荧光素超结构的光学性质
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第3章 聚电解质和有机染料小分子共同调控碳酸钙空心球的合成
• 摘要
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论部分
• 3空心球'>3.3.1 双调控剂合成的CaCO₃空心球
• 3微球随时间的变化'>3.3.2 CaCO₃微球随时间的变化
• 3的影响'>3.3.3 PAH和罗丹明B单独调节CaCO₃的影响
• 3.3.4 双调控剂合成空心碳酸钙微球的可能反应机理的初步研究
• 3结构的初步研究'>3.3.5 双调控剂合成的BaCO₃结构的初步研究
• 3.4 小节
• 参考文献
• 第4章 聚电解质控多形貌ZnO纳米管的简易合成
• 摘要
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 PAA作模板两步合成的ZnO纳米管的形态
• 4.3.2 PAA浓度对ZnO纳米管形态的影响
• 4.3.3 依赖于时间的ZnO纳米管的晶体结构演化过程
• 4.3.4 第二步合成过程没有PAA参与时制备的另一种ZnO纳米管
• 4.3.5 PAA模板两步法合成ZnO纳米管的机理
• 4.3.6 ZnO纳米管的光学性质
• 4.3.7 聚阴离子电解质PSS对ZnO晶体形貌的控制
• 4.4 总结
• 参考文献
• 附录
• 1.博士期间完成的工作
• 2.致谢