三维胶体晶体及有序大孔材料的制备研究

论文摘要

三维有序大孔（3DOM）材料，不但具有一般大孔材料的比表面积大、空隙率高等特点，而且具有孔洞结构周期性强、大孔均一可调、孔道连通等特点，在催化剂、载体、光子晶体等多方面有广泛的应用前景。本论文用一种改性的无皂乳液聚合法，成功的制备出了粒径为189nm-1680nm的单分散聚苯乙烯（PS）颗粒，用场发射扫描电子显微镜（FSEM）对PS颗粒进行表征。实验结果表明PS颗粒粒径随单体用量增大而增大；随引发剂用量增加、PVP用量增加、反应温度的增高而减小；随反应时间的增加变化不明显；决定PS颗粒粒径的主要因素是PVP的用量。采用垂直沉积法，利用不同粒径的单分散PS颗粒，制备出具有蛋白石结构的PS胶体晶体。PS胶体晶体布拉格衍射现象明显，不同粒径的胶体晶体，在自然光条件下显现不同的颜色。用FSEM和紫外可见光分光光度计（UV）对胶体晶体进行表征。着重研究了胶体浓度、蒸发温度、分散溶剂、烧结时间对胶体晶体的影响。利用多次垂直沉积方法，制备出了具有异质结构的PS胶体晶体。采用浸渍-提拉-清洗法，以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯的溶胶对PS模板进行填充，成功的制备出3DOM TiO2和SiO2材料。用FSEM对样品进行观察，发现3DOMTiO2材料表面平整且未被覆盖，缺陷少、无塌陷、大孔成fcc周期排列。经计算制得的3DOM TiO2材料大孔收缩率仅为11.9%。XRD结果显示，550℃下煅烧制得的3DOM TiO2薄膜为锐钛矿结构。TEM表征结果表明，制得的3DOM TiO2薄膜的骨架由10nm左右的TiO2纳米小颗粒组成。FSEM图表明，制得的3DOM SiO2薄膜由fcc周期结构排列的大孔材料组成，大孔之间由小窗口连通，孔收缩率仅为10.4%。本论文第一次用这种简单有效的方法制备高质量的3DOM氧化物材料，具有很好的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 胶体晶体模板的制备
• 1.3 三维有序大孔（3DOM）材料的制备
• 1.4 3DOM 材料的应用研究
• 1.5 本文选题思路和主要工作
• 2 单分散聚苯乙烯小球的制备
• 2.1 聚苯乙烯的制备方法
• 2.2 实验部分
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 3 胶体晶体的制备
• 3.1 胶体晶体的实验制备
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.3 异质结构胶体晶体的制备及性能研究
• 3.4 本章小结
• 4 三维有序大孔材料的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 本论文主要结论
• 5.2 本论文主要创新点
• 致谢
• 参考文献