嵌段共聚物（PS-b-PAA）/无机杂化材料的研究和应用

论文摘要

随着科学的不断发展,材料科学从单一的聚合物材料正在向和各学科交叉转变,其中有机-无机杂化材料已成为材料科学发展的重要方向之一。有机-无机杂化材料因在光学透明性、可调折光指数、高催化活性、耐高温及耐磨损等方面表现出优良的性能而广泛应用于新型的结构材料、涂层材料、光学材料、电学材料、磁学材料和生物学材料等方面,使用越来越广泛。因此,寻求具有多种优异性能的该类新材料将是今后一个时期材料领域的重点研究课题之一。基于以上想法,本论文在简述了近年来有机-无机杂化材料研究进展的基础上,主要开展了以下三方面的工作:1.以嵌段共聚物PS-b-PAA为稳定剂,在超声辐照下成功地制备了分散性较好、尺寸较均匀的立方相纳米银颗粒。用原子力显微镜（AFM）、红外光谱（FT-IR）、透射电镜（TEM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和热分析（TGA）等对制备的纳米银复合材料进行了表征。红外结果表明超声辐照并没有破坏聚合物的链结构。聚合物的引入,对纳米银颗粒起到了很好的分散保护作用。低浓度的硝酸银溶液,得到粒径较小的纳米银颗粒;随着硝酸银浓度增大,纳米银颗粒粒径也增大;而聚合物的浓度增大时,所得银纳米颗粒粒径减小。聚合物的重均分子量越大,银纳米颗粒的粒径越小。TG结果说明银纳米粒子的引入,能提高聚合物的热稳定性。2.利用低强度超声辐照技术在室温下用嵌段共聚物作为保护剂,制备出单晶的银纳米棒和高度有序的树枝状超分子银纳米材料。电子衍射图表明生成的银纳米棒为单晶。银纳米晶的形态从棒状的银纳米晶生长为树枝状的银纳米晶。溶液中AgNO3的浓度对树枝状银的形成有生长起非常重要的作用。封盖高分子材料的浓度与银浓度的比率同样对银纳米结构的形状及大小有影响。这些不同的银纳米材料与纳米结构可能在催化中有重要的应用。这种方法可以扩展到制备其它贵金属的新型纳米结构。3.通过逐层自组装（Layer-by-Layer）的方法将磁性粒子吸附到双亲嵌段共聚物表面,制备了双亲PS-b-PAA/Fe3O4复合材料,并以该复合材料作为载体固定化果胶酶。讨论了自由酶和固定化酶的贮存稳定性,可重复利用性和动力学性质。结果表明:固定化酶相对自由酶最显著的优点是可以长期贮存。且固定化酶有很好的pH稳定性,能够在很宽的pH范围内保持很高的酶催化活性。可具有良好稳定性的固定化酶使得利用昂贵的酶的成本降低并在生物催化技术方面开辟了新的领域。而且由于PS-b-PAA/Fe3O4粒子表面吸附的Fe3O4增强了其磁力性能,使得其在反复利用的催化过程中具有简便、快速分离的优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机-无机杂化材料的分类
• 1.2.1 以共价键结合聚合物基有机-无机杂化材料
• 1.2.2 以离子键结合聚合物基有机-无机杂化材料
• 1.2.3 以配位键结合聚合物基有机-无机杂化材料
• 1.3 有机-无机杂化材料的制备方法
• 1.3.1 溶胶-凝胶法
• 1.3.2 插层复合法
• 1.3.3 共混法
• 1.3.4 原位聚合法
• 1.3.5 自组装法
• 1.3.6 电解聚合法
• 1.3.7 LB膜法
• 1.3.8 其他方法
• 1.4 有机-无机杂化材料的应用
• 1.4.1 结构材料
• 1.4.2 涂层材料
• 1.4.3 光学材料
• 1.4.4 电学材料
• 1.4.5 磁学材料
• 1.4.6 生物材料
• 1.4.7 催化材料
• 1.4.8 其它材料
• 1.5 有机-无机杂化材料的结构表征
• 1.5.1 FT-IR分析
• 1.5.2 热重分析
• 1.5.3 电镜分析
• 1.5.4 其它光谱分析
• 1.5.5 X射线衍射分析
• 1.6 选题的目的和意义
• 第2章 嵌段共聚物PS-b-PAA存在下银纳米复合材料的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与仪器
• 2.2.2 嵌段聚合物PS-b-PAA合成实验步骤
• 2.2.3 银纳米复合材料的合成
• 2.2.4 银纳米复合材料的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 原子力显微镜结果分析（AFM）
• 2.3.2 透射电镜结果分析（TEM）
• 2.3.3 紫外可见光谱分析（UV-Vis）
• 2.3.4 复合材料的红外光谱分析（FT-IR）
• 2.3.5 热重结果分析（TG-DTA）
• 第3章 嵌段共聚物存在下合成不同晶形的银纳米材料
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 第4章 高活性酶物理吸附于结构规则的嵌段共聚物/磁性复合粒子表面
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与仪器
• 3O₄磁流体的制备'>4.2.2 Fe₃O₄磁流体的制备
• 3O₄粒子'>4.2.3 PS-b-PAA胶束表面组装Fe₃O₄粒子
• 4.2.4 固定化酶的制备
• 4.2.5 DNS比色法的原理
• 4.2.6 戊二醛活化原理
• 4.2.7 酶的固定化原理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 固定化酶载体的表征
• 4.3.2 固定化酶性质的研究
• 4.4 小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果