论文摘要
近年来，各种特殊结构形貌纳米材料的制备及其性能研究，引起人们极大兴趣，其中以空心微球和含金属纳米粒子介电复合微球的研究备受关注。空心微球作为一种新型功能材料，具有较大的比表面积，较小的密度，表面可渗透性，中空部分可容纳客体分子等优点；含金属纳米粒子介电复合微球，其金属纳米粒子自身的表面等离子体共振，以及它引起金属纳米粒子内部和周围附近局域电磁场增强等特性，赋予了复合微球材料很好的光、电、磁等性能。因此，对这些功能微球材料制备和应用的研究，有着深远的理论意义和应用前景。本论文分别在相同介质条件下通过“一步法”制备了单分散SiO2、ZnO空心微球，整个制备过程无需溶剂溶解或高温煅烧等后处理模板步骤，形成空心微球方法操作简单；利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）还原与稳定双重作用，将贵金属Ag纳米粒子有效的复合到SiO2微球表面，整个制备过程无需添加其它还原剂还原银盐以及对SiO2表面进行修饰处理。而且，对这些功能微球材料所具有的光催化性能，催化性能以及表面增强拉曼光谱（SERS）性质分别做了研究，具体研究内容及结果如下：（1）基于本实验组独创制备微米级大粒径空心微球的基础上，进一步制备出小粒径单分散SiO2空心微球。通过偶氮二异丁基脒盐酸盐（AIBA）为阳离子引发剂，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为稳定剂，采用无皂乳液聚合制备出小粒径聚苯乙烯（PS）微球分散液。经透析处理后，加入EtOH控制PS分散液固含量。在此PS分散液中加入氨水和正硅酸乙酯（TEOS），通过TEOS的水解-缩合反应形成SiO2纳米粒子。由于PS微球表面带正电荷基团，而SiO2粒子表面的羟基呈负电荷，因此可以通过静电相互作用将SiO2吸附到PS微球表面，形成SiO2包覆PS的复合微球。同时，由于催化剂氨水的加入，碱性的乙醇介质能够“溶解”刻蚀PS模板微球，形成空心SiO2微球，从而实现了小粒径SiO2空心微球在相同介质条件下的“一步法”制备，且空心微球形态以及壳层厚度可通过氨水，TEOS浓度进行调节控制。整个制备过程相对简单，不需要采用传统无机空心微球制备时所需的溶剂溶解、高温煅烧等后处理模板微球过程。（2）在上述“一步法”制备空心微球研究的基础之上，通过控制实验条件在相同介质下进一步制备出ZnO空心微球，并研究ZnO空心微球的光催化活性。采用分散聚合制备出单分散PS微球，并在浓H2SO4中发生磺化反应，形成表面带有磺酸基团壳层的PS微球。选用磺化PS微球为模板，分散于乙醇介质中，分别加入Zn（Ac）2·2H2O，NaOH乙醇溶液。当带正电荷的锌离子通过静电作用被完全吸附到磺化PS微球表面后，并与加入的NaOH，在60℃条件下反应形成ZnO纳米晶。这些新生成的ZnO纳米晶继续进行粒径增长，并逐渐在PS微球表面形成ZnO壳层。当在此过程中或过程后，磺化的PS微球被碱化的乙醇介质所“溶解”刻蚀，形成ZnO空心微球。与其它制备ZnO空心微球方法相比，不需再外加有机溶剂或通过高温煅烧来除去模板微球；同时制备条件相对温和，不需要很高的反应温度和很长反应时间来获得空心结构。制备的ZnO空心微球表现出很好光催化性能，可作为光催化剂在紫外光照射下光催化降解有机染料溶液。（3）以St（?）ber方法制备的SiO2微球为模板，通过SiO2微球表面Si-OH的静电作用，将[Ag（NH3）2]+吸附到微球表面，利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）稳定和还原的双重作用，将[Ag（NH3）2]+成功地还原成Ag纳米粒子，制备出稳定的SiO2／Ag复合微球。与其它制备含银纳米粒子的复合微球方法相比，整个过程中无需再添加其它还原剂还原银盐以及对SiO2表面进行修饰处理。且SiO2微球表面的银纳米粒子大小和银粒子覆盖程度，可以通过[Ag（NH3）2]+浓度控制。利用透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X-射线光电子能谱（XPS），X-射线衍射仪（XRD）和紫外-可见分光光度计对形成的SiO2／Ag复合微球进行了表征。同时研究表明制备出的SiO2／Ag复合微球可以用于催化剂催化还原有机染料溶液，表现出很好的催化活性。SiO2／Ag复合微球作为活性基底材料，使检测的对巯基苯胺拉曼光谱信号明显增强，表明SiO2／Ag复合微球表现出表面增强拉曼光谱（SERS）特性。
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