几种矿物的低温液相合成、生长机理及其性能研究

论文摘要

基于碳酸钙和金红石这两种自然界矿物在生命科学、催化及工业生产中的重要作用,本论文使用亲水嵌段聚合物模拟了生物矿化过程,得到了与贝壳结构类似的层状碳酸钙;发展了温和温度条件下简单的醇水二元体系,调节醇/水比例,制备了生物体内出现的非晶、球霰石、文石、方解石相碳酸钙,系统的研究它们之间的转化,探索了生物矿化过程中矿物物相和结构的形成机理;在酮水二元体系中,发展了光催化反应,制备M@TiO（2M=Ag、Au、Pt）纳米复合材料和Pt@TiO2-导电聚合物三元复合材料的新技术。所取得主要研究结果如下:1.用一种带冠醚状功能团的亲水嵌断聚合物（ PEG-b-hexacyclen macrocycle）作为修饰晶体生长模板,制备了与贝壳结构类似的层状碳酸钙。研究表明,这种功能团除了与特定方解石晶面的定向吸附和构型匹配外,方解石特定晶面表面电荷及配位点的浓度也强烈影响其与聚合物功能团之间的作用。2.报道了利用气相扩散的方法制备非晶碳酸钙纳米颗粒的新方法,该方法制备的ACC具有分散性好、可以长期在乙醇中保存、以及浓缩后粒径分布无明显变化等优点。在ACC纳米颗粒的乙醇悬浮液中,加入不同pH的水溶液,分别可得到方解石相菱方块、弯曲的混合相碳酸钙纳米线、球霰石相纳米线、以及方解石相的枝晶。3.报道了在醇/水混合溶剂体系中,通过调节乙醇/水的比例,观察到了一个完整的相转变过程,即从方解石与文石的混合相,转变到纯的文石相,继而得到纯的球霰石相,以及选择性合成正交相和六方相的CeOHCO3和CeO2。研究表明,在混合溶剂中,由于无机矿物的溶解度在水中比在乙醇中高,因此降低水的含量会增加无机离子的过饱和度,以及随着醇含量增加矿物晶粒尺寸变小,都偏向于生成动力学相。4.在丙酮-水混合溶剂体系中,制备了金红石纳米结构的TiO2。发展了一种清洁的光化学方法合成单分散的M@TiO2（M=Ag、Au、Pt）纳米复合材料。研究结果表明,贵金属颗粒均匀的分散在TiO2聚集体上,并研究了该纳米复合材料的抗菌效果,所得结果显示,当银颗粒的用量在10 g/ml时,大肠杆菌的生长得到了完全的抑止;利用这种Pt@TiO2复合材料在光照条件下诱导苯二胺单体的聚合,生成Pt@TiO2-聚苯二胺三组分复合材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 几种矿物的低温液相合成、生长机理及其性能研究
• 1.1 引言
• 1.2 模拟生物矿化研究进展
• 1.2.1 自然界的生物矿化
• 1.2.2 聚合物诱导的模拟生物矿化研究
• 1.3 溶液体系中的晶体生长理论
• 1.3.1 晶体生长的经典理论
• 1.3.2 取向搭接机制
• 1.3.3 介观晶体的形成机制
• 1.3.4 非晶前驱体及其组装
• 1.3.5 液相前驱体晶化机制
• 1.4 光催化制备复合材料
• 1.4.1 光催化反应的类型
• 1.4.2 半导体光催化反应机制
• 1.4.3 光还原制备半导体－金属复合材料
• 1.4.4 光氧化制备半导体－有机物复合材料
• 1.5 本论文的选题背景和研究内容
• 参考文献
• 第二章 聚合物诱导的具有表面结构可控的薄饼状碳酸钙超结构
• 摘要
• 2.1 引言
• 2.2 试验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 单分散非晶碳酸钙颗粒的制备及其晶化过程中的物相控制
• 摘要
• 3.1 引言
• 3.2 试验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 ACC 纳米颗粒的合成与表征
• 3.3.2 ACC 在乙醇－水混合溶剂中的晶化及物相选择
• 3.3.3 温度对ACC 在乙醇－中性水混合体系中结晶的影响及物相选择
• 3.3.4 方解石枝晶结构的形成机理
• 3.3.5 一维碳酸钙混合物相纳米纤维的生长过程
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 乙醇－水体系中碳酸钙物相的选择性控制：复杂球霰石相超结构和文石相纳米棒的制备
• 摘要
• 4.1 引言
• 4.2 试验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 醇－水混合体系中碳酸钙的物相选择
• 4.3.2 多孔且具有层状结构的蛋糕状球霰石晶体
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 溶剂对矿物的影响：溶液法合成铈化合物
• 摘要
• 5.1 引言
• 5.2 试验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 选择性合成铈化合物
• 5.3.2 醇/水混合体系中的形貌和物相的演化
• 3 物相的稳定性'>5.3.3 CeOHCO₃物相的稳定性
• 3 的物相演化的影响'>5.3.4 反应时间对CeOHCO₃的物相演化的影响
• 5.3.5 铈化合物的光学性质
• 5.4 结论
• 参考文献
• 2（M=Ag、Au）纳米复合材料：光学性质和抗菌应用'>第六章 大规模光化学方法合成 M@金红石 TiO₂（M=Ag、Au）纳米复合材料：光学性质和抗菌应用
• 摘要
• 6.1 引言
• 6.2 试验部分
• 6.3 结果与讨论
• 2 纳米结构'>6.3.1 合成金红石相TiO₂纳米结构
• 2 复合材料及其光学性质研究'>6.3.2 光还原制备 M@TiO₂复合材料及其光学性质研究
• 2 复合材料的抗菌性能'>6.3.3 M@TiO₂复合材料的抗菌性能
• 6.4 结论
• 参考文献
• 2-PpPD 这一金属-半导体-导电聚合物三元复合材料'>第七章 清洁的光化学方法制备 Pt@TiO₂-PpPD 这一金属-半导体-导电聚合物三元复合材料
• 摘要
• 7.1 引言
• 7.2 试验部分
• 7.3 结果与讨论
• 7.4 结论
• 参考文献
• 附录:博士期间完成论文情况
• 致谢