基于葡萄糖的几种功能微/纳米材料的制备、表征及性质研究

论文摘要

纳米材料的控制合成是纳米科技发展的重要组成部分,是探索纳米结构性能及其应用的基础,也是材料进入应用领域的前提。空心结构的球形材料,具有密度低、比表面积大、稳定性好、热绝缘性、表面渗透能力强、光学性质特殊等特性,因而能应用于催化剂载体,药物缓释剂,轻质材料,微反应器,传感器、疾病诊断等方面。模板法是制备空心结构材料的最有效方法。葡萄糖水热条件下碳化得到的富碳多聚糖微球的单分散性好；外层含有大量的羟基-OH、羰基C=0亲水性基团；制备方法完全绿色,并且碳球能被煅烧除去,因此这种碳球是很好的制备空心球的模板。本文以葡萄糖水热碳化反应为基础,采用模板技术制备得到了LaCoO3空心球、La2O2CO3空心球、具有rattle型结构的Ag@CeO2空心球等几种类型的微／纳米功能材料,它们都有许多优良的性质和潜在的应用。并对产物的形貌、结构、组成及性质采用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、热重分析（TG）、红外光谱（IR）、紫外可见（UV-Vis）和荧光光谱（PL）等技术手段进行了表征,并研究了LaCoO3空心球的光催化活性。主要结果如下：1. LaCo03空心球的制备,表征及光催化性质以葡萄糖为碳源水热合成了胶体碳球,并以此碳球为模板,采用表面离子吸附法,将La3+、Co2+吸附到微球表面层,再于空气中550℃煅烧4h,氧化除去碳模板,首次制得了LaCoO3空心球。通过TEM、XRD分析表明,产物为几乎纯相的LaCoO3空心球,粒径约80nm,壁厚约5nm。研究了煅烧温度对产物LaCoO3空心球的晶相及形貌的影响。另外,利用亚甲基蓝为目标分解物,研究了所得产物的光催化性质。2. La2O2CO3空心球的制备,表征及光学性质通过葡萄糖催化聚合—表面离子吸附一锅合成法,水热处理葡萄糖与La（NO3）3·6H2O的混合溶液,得到了含有La3+的La／C复合微球,再于空气中500℃煅烧4h后,就得到了笼状La2O2CO3空心球结构,并用TEM、SEM、XRD、UV-vis和PL等方法对产物进行了表征。实验结果表明,煅烧温度对产物的晶相和尺寸有影响。当煅烧温度升高到700℃时,La2O2CO3就分解为La203。我们还发现,Co2+的加入对产物的晶相有影响；PL分析表明产物具有良好的荧光性能。3. Ag@CeO2 rattle型结构材料的制备以葡萄糖和AgNO3混合溶液为原料,通过将Ag+的还原与葡萄糖的碳化反应偶联,合成了以Ag贵金属颗粒为核、含碳多聚糖为壳的Ag@C核壳结构纳米颗粒。以此核壳结构为模板,采用化学沉淀法,将Ce3+在尿素的水溶液中水解生成CeOHCO3和Ce（OH）3沉淀在模板表面,再于空气中煅烧氧化除去中间的炭层,得到具有rattle型结构的Ag@Ce02材料。用TEM、SEM、XRD、UV-vis等方法对产物进行了表征。所得产品为rattle型结构Ag@CeO2,内核为六方相Ag,外壳为立方晶相的Ce02；外壳直径约200nm,壳厚约20nm,内核直径100nm左右。另外,产品兼具Ag与Ce02的UV-vis吸收性能。4.磁光双功能材料Fe3O4@C@Ag的制备我们采用后包覆法和离子吸附还原法,制备了磁光双功能材料Fe304@C@Ag。首先,通过葡萄糖的水热碳化,在单分散的Fe304微球表面包覆上碳壳层,形成Fe3O4@C核壳结构微球；然后,Fe3O4@C核壳结构微球分散到AgNO3溶液中,超声吸附,还原Ag+,制得Fe3O4@C@Ag的复合核壳结构材料。用TEM、SEM、XRD、IR、UV-vis等方法对产物进行了结构和性质表征。结果表明,大小约40nm的Ag纳米颗粒镶嵌在Fe3O4@C核壳结构微球表面,并且该材料具有光学性质和磁性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 1.1.1 纳米材料的基本性质
• 1.1.2 纳米材料的分类
• 1.1.3 纳米科技简介
• 1.2 中空球形结构材料的制备
• 1.2.1 传统硬模板法
• 1.2.1.1 层层组装法（LBL）
• 1.2.1.2 化学沉淀法
• 1.2.1.3 表面化学吸附法
• 1.2.1.4 介孔壳的纳米熔铸法
• 1.2.2 自牺牲模板法
• 1.2.3 软模板法
• 1.2.3.1 微乳液法
• 1.2.3.2 共聚物胶束法
• 1.2.3.3 气泡法
• 1.2.4 非模板法
• 1.3 葡萄糖水热碳化及基于碳球模板制备微/纳米材料的研究进展
• 1.3.1 葡萄糖水热碳化成碳球
• 1.3.2 以胶体碳球为模板制备空心球材料
• 1.3.2.1 表面离子吸附法
• 1.3.2.2 表面化学沉淀法
• 1.3.3 葡萄糖催化聚合—原位离子吸附一锅合成法
• 1.3.4 葡萄糖通过水热反应制备"功能核@C壳"结构的材料
• 1.3.4.1 后包覆法
• 1.3.4.2 偶联一步法
• 1.4 本论文选题背景和主要内容
• 参考文献
• 3的制备、表征及光催化性质'>第二章 空心LaCoO₃的制备、表征及光催化性质
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.1.1 实验试剂
• 2.2.1.2 主要实验仪器
• 2.2.2 样品的制备
• 2.2.2.1 碳球的制备
• 3空心球'>2.2.2.2 制备LaCoO₃空心球
• 2.2.3 产物的组成和结构表征
• 2.2.4 光催化性质测试
• 2.2.4.1 配制10mg/L的有机染料溶液
• 2.2.4.2 光催化降解实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 模板碳球的表征
• 2.3.2 前驱体LaCo/C复合微球的表征分析
• 2.3.3 LaCoO3空心球
• 2.3.3.1 XRD分析
• 2.3.3.2 形貌表征
• 2.3.3.3 煅烧温度和时间对产物的影响
• 2.3.3.4 LaCoO3空心球的形成机理-胶体碳球模板表面离子吸附法
• 2.3.3.5 产物的UV-vis光谱分析
• 2.3.3.6 光催化实验结果
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 2O₂CO₃空心球的制备、表征及光学性质'>第三章 La₂O₂CO₃空心球的制备、表征及光学性质
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.1.1 实验试剂
• 3.2.1.2 主要实验仪器
• 2O₂CO₃空心球的制备'>3.2.2 La₂O₂CO₃空心球的制备
• 3.2.3 产物的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 前驱体La/C复合微球的表征分析
• 2O₂CO₃空心球'>3.3.2 La₂O₂CO₃空心球
• 3.3.2.1 相组成与形貌
• 3.3.2.2 形成机理
• 3.3.2.3 煅烧温度对产物的影响
• 3）₂对产物的影响'>3.3.2.4 加入Co（NO₃）₂对产物的影响
• 2O₂CO₃空心球的光学性质'>3.3.2.5 La₂O₂CO₃空心球的光学性质
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 2 rattle型结构材料的制备'>第四章 Ag@CeO₂rattle型结构材料的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.1.1 实验试剂
• 4.2.1.2 主要实验仪器
• 4.2.2 样品的制备
• 4.2.2.1 Ag@C微球的制备
• 2 Rattle空心结构材料的制备'>4.2.2.2 Ag@CeO₂Rattle空心结构材料的制备
• 4.2.3 产物的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Ag@C微球
• 4.3.1.1 典型实验条件下合成的Ag@C微球的结构及性质分析
• 4.3.1.2 反应参数对Ag@C微球粒径的影响
• 2 rattle空心结构'>4.3.2 Ag@CeO₂rattle空心结构
• 4.3.2.1 XRD分析
• 4.3.2.2 TEM和SEM分析
• 4.3.2.3 UV-vis分析
• 4.3.2.4 形成机理
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 3O₄@C@Ag制备、表征及性质研究'>第五章 磁光双功能材料Fe₃O₄@C@Ag制备、表征及性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.1.1 实验试剂
• 5.2.1.2 主要实验仪器
• 5.2.2 样品的制备
• 3O₄微球的制备'>5.2.2.1 Fe₃O₄微球的制备
• 3O₄@C微球的制备'>5.2.2.2 Fe₃O₄@C微球的制备
• 3O₄@C@Ag微球的制备'>5.2.2.3 Fe₃O₄@C@Ag微球的制备
• 5.2.3 产物的组成和结构表征
• 5.3 结果与讨论
• 3O₄微球'>5.3.1 Fe₃O₄微球
• 3O₄@C核壳结构微球'>5.3.2 Fe₃O₄@C核壳结构微球
• 3O₄@C@Ag核壳结构微球'>5.3.2 Fe₃O₄@C@Ag核壳结构微球
• 5.3.2.1 组成与形貌
• 5.3.2.2 光学性质及磁性
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 全文总结
• 附录
• 致谢