无机功能纳米结构材料的软溶液过程合成及其性质研究

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。本论文就纳米材料的软溶液过程化学调控合成进行了研究,探讨了纳米材料的结构和性质的相关性,研究了碳水化合物,尤其是葡萄糖等简单糖类的主要水热碳化反应。详细内容可归纳如下:1.合成锌代氢氧化镍纳米结构及其内在性质不同锌含量的锌代氢氧化镍纳米结构可以由锌的纳米结构前驱物通过一种可控的液相均匀沉淀的方法合成出来。锌代氢氧化镍纳米结构是一类典型的层状双氢氧化物,其化学式可表示为NiZnx（Cl）y（OH）2（1+x）-y·zH2O（x=0.34-0.89,y=0-0.24,z=0-1.36）。锌代氢氧化镍纳米结构中锌含量的减少,导致产物的结构从α-Ni（OH）2相转变到β-Ni（OH）2相,形貌从三维花状纳米结构转变为薄层堆垛结构。锌代氢氧化镍纳米结构的形成过程可以解释为复杂的均匀沉淀机制。合成出的纳米结构表现出良好的内在性质,并且具有出色的光学、磁学和电学性质,随着其中锌含量的变化有着规律性的变化。不同锌含量的锌代氢氧化镍纳米结构在紫外到近红外区域有类似的吸收光谱,但是随着样品中锌浓度的减小,发射峰会发生蓝移并且锌代氢氧化镍纳米结构也会有不同的磁性质,从磁性到反铁磁性。另外,锌代α-氢氧化镍纳米结构显示出显著的稳定性,它们可以在强碱性（6 M KOH）溶液中保存40天以上。锌代氢氧化镍纳米结构,尤其是α-Ni（OH）2具有良好的电极可逆性。2.微波辅助绿色合成均匀银纳米颗粒和自组装多层薄膜及其光学性质利用微波辅助“绿色”化学法,采用碱性氨基酸作为还原剂,如左旋赖氨酸或左旋精氨酸,采用可溶淀粉作为保护剂,在水系统中大量合成了几乎单分散的银纳米颗粒,整个过程对环境十分友好。在每个左旋赖氨酸或左旋精氨酸分子中都具有两个氨基基团,这种碱性氨基酸的存在对于得到均一分布的银纳米颗粒是不可或缺的。当前的合成过程能方便的应用在大规模生产中,譬如:一次反应即能在80毫升的微波密封管中产生0.1克几乎单分散的银纳米颗粒。这种淀粉包覆的银纳米颗粒能自组装在载玻片表层形成多层镜状薄膜。随着薄膜中银原子浓度的降低,其表面等离子体传输发生蓝移。银薄膜能对硫代水杨酸（4-MBA）分子产生显著的表面增强作用,而且该表面增强因子随着薄膜中银原子浓度的改变产生明显的改变。3.生物质水热碳化制备多功能碳基材料进展及葡萄糖的水热碳化主要反应对与利用水热碳化法和以生物质为原料制造功能碳基材料的最新研究进展进行了总结。这类碳基材料不仅合成出特殊的结构,诸如纳米球,纳米线,纳米纤维,亚纳米线,亚纳米管,和多孔材料,而且表面富集能显著改善其亲水性和化学活性的官能团。进一步详细研究了葡萄糖和果糖等六碳糖的水热碳化过程,发展了其水热碳化的主要反应,其中葡萄糖碳化过程包括葡萄糖的脱水、形成直链非共轭低聚物、发生共轭和交联反应、形成水不溶性碳基材料。由于失去羟基和碳离子的去质子化等过程不断的重复循环,沿着聚链的反应产生共轭结构,导致溶液颜色加深和pH值下降。当出现大量的未饱和共轭结构,它们进一步反应,形成交联结构,产生水不溶性碳基材料。葡萄糖水热碳化主要反应有效的解释了反应过程中溶液颜色加深、pH值下降和形成水不溶性碳基材料等有趣的现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 软溶液过程合成纳米材料的研究进展
• 1.1 课题背景
• 1.2 软溶液过程
• 1.2.1 水热法
• 1.2.2 溶剂热法
• 1.2.3 微波辅助法
• 1.2.4 仿生法
• 1.2.5 自组装过程
• 1.2.6 模板法
• 1.2.7 湿化学过程
• 1.2.8 溶胶-凝胶过程
• 1.2.9 电镀过程
• 1.3 纳米晶合成的动力学过程分析
• 1.3.1 成核阶段的分析
• 1.3.2 生长阶段的分析
• 1.4 纳米晶的表征
• 1.4.1 X-射线衍射方法（XRD）
• 1.4.2 选区电子衍射(SAED
• 1.4.3 电子显微镜（EM）
• 1.4.4 傅立叶红外光谱（FT-IR）
• 1.5 机遇与挑战
• 1.5.1 纳米结构组成与性质的关系
• 1.5.2 绿色化学合成高质量纳米材料及其组装过程
• 1.5.3 水热碳化合成功能性碳纳米材料的进展及机理探索
• 1.6 本论文的选题思路及主要工作
• 参考文献
• 第二章 合成锌代α-和β-氢氧化镍纳米结构及其内在性质
• 摘要
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 化学试剂
• 2.2.2 碱式锌盐纳米结构反应物的制备
• 2.2.3 锌代氢氧化镍纳米结构的制备
• 2.2.4 样品的稳定性
• 2.2.5 样品的表征
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 锌代氢氧化镍纳米结构的结构分析
• 2.3.2 锌代氢氧化镍纳米结构的红外光谱分析
• 2.3.3 锌代氢氧化镍纳米结构的热重分析
• 2.3.4 锌代氢氧化镍纳米结构的XPS分析
• 2.3.5 锌代氢氧化镍纳米结构的元素分析
• 2.3.6 锌代氢氧化镍的形貌
• 2.3.7 锌代氢氧化镍的形成过程和机理研究
• 2.3.8 锌代氢氧化镍的化学和物理性质
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 微波辅助绿色合成均匀银纳米颗粒和自组装多层薄膜及其光学性质
• 摘要
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 银纳米颗粒的合成
• 3.2.3 制备多层银薄膜
• 3.2.4 SERS样品的合成
• 3.2.5 样品的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 银纳米颗粒的“绿色”合成法
• 3.3.2 银纳米颗粒的光学性质
• 3.3.3 氨基酸对银纳米颗粒合成的影响
• 3.3.4 微波辐射的影响
• 3.3.5 自组装银纳米颗粒薄膜及其光学性质
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 生物质水热碳化制备多功能碳基材料进展及其碳化机理研究
• 摘要
• 4.1 生物质水热碳化制备多功能碳基材料进展研究
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 碳基材料的水热合成
• 4.1.3 碳基材料的应用
• 4.1.4 总结和展望
• 4.2 六碳糖的水热碳化主要反应
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 实验部分
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢