利用嵌段共聚物制备Janus粒子

论文摘要

本论文主要研究了以嵌段共聚物及其与无机组分的自组装结构为模板制备各种不对称纳米粒子,特别是金属-金属氧化物Janus纳米粒子的方法。选用聚乙烯基吡啶-b-聚氧化乙烯（PVP-b-PEO）、聚苯乙烯-b-聚氧化乙烯（PS-b-PEO）、聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶（PS-b-PVP）与HAuCl4、TiO2、FeCl3等无机组分的自组装为模型体系,研究了嵌段共聚物与无机组分自组装形成的各种复合胶束结构及其在进行后处理过程中的形态和尺寸变化,初步探讨了不对称Janus粒子形成的机制,制备出不对称金属-金属氧化物纳米粒子或排列,并研究了不对称金属-金属氧化物纳米粒子的催化性能。（1）研究了Au-TiO2偏心核壳纳米粒子的制备方法。利用嵌段共聚物PVP-b-PEO为模板,通过官能基团PVP与氯金酸（HAuCl4）的相互作用,形成了以PVP/HAuCl4为核、PEO为壳的复合胶束。经紫外光照射处理,HAuCl4原位还原为单质Au。结合溶胶凝胶法,TiO2选择性的附着在PEO外壳上,形成了核壳复合纳米粒子。将该核壳复合纳米粒子旋涂形成薄膜后,经紫外光照射去除嵌段共聚物,可制备偏心不对称Au-TiO2核壳纳米粒子。这种特殊的Au-TiO2核壳结构可以有效防止Au纳米粒子的聚集,同时具有更高的光催化性能。（2）利用嵌段共聚物PS-b-PEO制备了贵金属-金属氧化物Au-TiO2Janus纳米粒子阵列。首先将PS-b-PEO/HAuCl4溶液、TiO2前驱体溶液混合,此时HAuCl4和TiO2选择性地进入PEO微区,形成了以PEO/HAuCl4/TiO2为核、以PS为壳的纳米复合胶束。将此复合胶束经旋涂制备单层有机-无机混合薄膜,并置于紫外灯下照射,当有机基质完全去除后,就形成了Au-TiO2Janus纳米粒子阵列。研究结果表明,与TiO2和Au-TiO2复合纳米粒子相比,Au-TiO2Janus纳米粒子具有更高的光催化活性。（3）利用嵌段共聚物PS-b-PVP制备了纳米级有机-无机Janus粒子。首先将PS-b-PVP/FeCl3置于甲苯中,由于PVP与FeCl3存在络合作用,经自组装可形成以PVP/FeCl3为核、以PS为壳的对称性球形胶束,随后往胶束溶液中加入一定量的NaOH溶液。NaOH一方面可调节溶液的pH值,另一方面可与FeCl3发生反应,在此过程中,胶束由对称结构变为不对称结构。包含有嵌段共聚物PS-b-PVP和铁化合物的有机-无机Janus粒子既具有纳米尺寸的特征,又具有各向异性特征,因此在纳米新材料的制备方面具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 Janus 粒子
• 1.1.1 Janus 粒子的定义
• 1.1.2 Janus 粒子的结构特性
• 1.2 Janus 粒子的制备方法
• 1.2.1 去对称法
• 1.2.2 一步合成法
• 1.3 利用嵌段共聚物自组装制备Janus 粒子
• 1.3.1 利用ABC 三嵌段共聚物制备Janus 粒子
• 1.3.2 利用AB 两嵌段共聚物和无机组分制备Janus 粒子
• 1.3.3 利用AB/AC 两嵌段共聚物共混物制备Janus 粒子
• 1.4 本课题的研究目的和意义
• 2 纳米粒子的制备及其催化性能研究'>第二章 偏心 Au-Ti0₂纳米粒子的制备及其催化性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 实验器皿的清洗
• 2.1.3 样品制备
• 2.1.4 仪器
• 2.1.5 光催化活性测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 利用嵌段共聚物制备Au 纳米粒子
• 2 核壳纳米粒子'>2.2.2 合成偏心Au—Ti0₂核壳纳米粒子
• 2.2.3 光催化降解亚甲基蓝（MB）
• 2.3 结论
• 2纳米粒子的制备及其催化性能研究'>第三章 Janus Au-Ti0₂纳米粒子的制备及其催化性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂
• 3.1.2 实验器皿的清洗
• 3.1.3 样品制备
• 3.1.4 仪器
• 3.1.5 光催化降解亚甲基蓝（MB）
• 3.2 结果与讨论
• 3.3 结论
• 第四章 Janus 有机-无机纳米粒子的制备
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂
• 4.1.2 实验器皿的清洗
• 4.1.3 样品的制备
• 4.1.4 仪器
• 4.2 结果与分析
• 4.3 结论
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 一、在校期间发表的学术论文
• 二、在校期间参加的项目
• 三、在校期间获奖情况