学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无机纳米晶体与天然纤维素物质复合材料的制备及性质研究

作　者: 牛韬
导　师: 黄建国
学　校: 浙江大学
专　业: 化学
关键词: 无机晶体量子点金属纳米颗粒碳酸钙纤维素复合材料
分类号: TB332
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
下　载: 6次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着科学技术尤其是纳米技术的飞速发展,人们越来越多地发现即使组成完全相同的物质,当其处于不同的尺度时,将会具有截然不同的独特性质。例如,半导体纳米晶体具有大块半导体材料所不具有的优异光学性能,金属纳米颗粒与大块金属相比也在诸如催化等众多领域显示出了巨大的应用潜力。正是如此,如何更好更高效地利用这些处于微观纳米尺度的无机晶体成为了近些年来新型材料领域的研究重点。天然纤维素物质作为一种廉价易得并且具有良好生物相容性的材料在制备新型复合材料领域显示出了其特有的优势。本文利用不同的组装或生长技术,在天然纤维素物质上固定上多种无机纳米晶体,包括量子点,金属纳米颗粒,碳酸钙晶体,从而使这些无机纳米晶体从难以直接利用且不稳定的分散液状态转变成为多维乃至宏观大块的新型复合材料,扩展了这些具有优异性能的无机纳米晶体的实际应用价值。主要内容如下：(1)纤维素/CdSe量子点复合发光材料：首先利用钛酸四丁酯在纤维素基底上沉积二氧化钛凝胶薄膜,再将硬脂酸利用羧基与钛的配位作用沉积在其表面,最后通过合成得到的三辛基氧化膦与十六烷基胺包裹的CdSe量子点表面烷基与硬脂酸烷基链之间的疏水作用,制备得到纤维素/CdSe量子点复合发光材料。扫描电子显微镜的结果表明纤维素原有的三维复杂层次性结构没有任何破坏。透射电子显微镜中能够看到在纤维素的纳米纤维上均匀地分布有CdSe量子点颗粒。紫外-可见和荧光光谱表征表明了此复合材料很好地继承了CdSe量子点的优异光学性能,并且在荧光显微镜下能够用肉眼观察到明显的绿色荧光。不仅如此,通过把原本不稳定的分散液状态的CdSe量子点组装到纤维素表面,不仅得到了宏观大块的发光复合材料,并且此材料的优异发光性质能够维持长达数月之久。(2)一步水热法制备纤维素/ZnS:Mn量子点复合发光材料：在水热反应釜中加入纤维素,ZnS:Mn量子点的前体物质和聚乙烯亚胺,在180℃下反应8h,利用一步水热法成功地制备了纤维素/ZnS:Mn量子点复合材料。透射电子显微镜的表征有力地证明了对不含有纤维素基底的ZnS:Mn量子点来说,聚乙烯亚胺的加入能够很好地改善其分散性。同时,由于聚乙烯亚胺与纤维素材料之间的氢键相互作用作用,ZnS:Mn量子点能够更加均匀的组装在纤维素的纤维之上,而不需要其他额外的修饰。X射线光电子能谱也进一步地佐证了ZnS:Mn量子点在纤维素表面的组装。同样的,此纤维素/ZnS:Mn量子点复合材料在荧光显微镜下能够观察到稳定且明显的荧光现象。(3)纤维素／双金属纳米颗粒复合催化材料：利用表面溶胶-凝胶法在纤维素表面沉积上二氧化钛凝胶薄膜,再利用层层自组装的方法,将带有不同电性的聚电解质和预先合成的五种不同组成的双金属纳米颗粒通过静电作用组装到纤维素表面,制备得到了纤维素／双金属纳米颗粒复合材料。扫描电子显微镜的表明了利用此方法得到的五种不同组成的复合材料保留了原始纤维素的三维复杂层次性结构。透射电子显微镜中能够明显地看到Cu-Ag, Cu-Au, Fe-Ag, Fe-Au以及Au-Ag双金属纳米颗粒均匀地分布在纤维素的纤维之上。紫外-可见光谱上能够观察到金属纳米颗粒对应的特征表面等离子体共振吸收峰。此五种纤维素／双金属纳米颗粒复合材料都对硼氢化钠还原对硝基苯分表现出了很高的催化活性,反应原料液三次过滤经过此复合材料后,转化率均能够高达95%以上,并且由于纤维素基底的优势,产物的分离和催化剂的循环再利用都明显简单快捷的多。(4)纤维素／文石型碳酸钙晶体复合超疏水材料：利用表面溶胶-凝胶法在纤维素表面沉积上二氧化钛凝胶薄膜,将其放在氯化钙溶液中吸附钙离子,再放在碳酸钠溶液中使其表面沉积上碳酸钙的小晶核,最后放进50℃的含有多种离子的地热水中进行碳酸钙晶体的生长。经过48h后,在修饰有二氧化钛凝胶薄膜的纤维素表面生长上了高相纯度的针状文石型碳酸钙晶体。通过对不同晶体生长时间的样品的表征发现,高相纯度的文石晶体的形成经历了方解石型晶体的溶解和再结晶过程。当在地热水中生长时间超过24h后,最稳定的方解石晶体逐渐溶解,并且由于二氧化钛凝胶膜与地热水中镁离子等的作用,再结晶形成了针状的文石晶体。此纤维素／文石型碳酸钙晶体复合材料再经过低表面能的硬脂酸钠修饰过后,对水的接触角能够达到153°,是一种具有很好生物相容性的超疏水材料。

全文目录

目录  5-8
摘要  8-10
Abstract  10-13
第一章绪论  13-49
  1.1 前言  13-14
  1.2 量子点材料的相关研究  14-22
    1.2.1 量子点的简介  14-17
    1.2.2 量子点在光催化领域的应用  17-19
    1.2.3 量子点在太阳能电池领域的应用  19-22
  1.3 金属纳米颗粒的相关研究  22-25
    1.3.1 金属纳米颗粒在催化剂领域的应用  22-24
    1.3.2 金属纳米颗粒在生物医药领域的应用  24-25
  1.4 纤维素复合材料  25-36
    1.4.1 纤维素的结构和性质简介  25-26
    1.4.2 纤维素表面的活化及相应功能性复合材料的研究  26-30
    1.4.3 纤维素/量子点复合材料研究  30-32
    1.4.4 纤维素/金属纳米颗粒复合材料研究  32-35
    1.4.5 纤维素/碳酸钙复合材料研究  35-36
  1.5 论文研究思路  36-37
  参考文献  37-49
第二章 CdSe量子点的合成及其在纤维素上的组装  49-68
  2.1 前言  49-50
  2.2 实验仪器与试剂  50-51
    2.2.1 主要仪器  50-51
    2.2.2 主要试剂  51
  2.3 实验方法  51-54
    2.3.1 脂溶性CdSe量子点的合成  51-52
    2.3.2 纤维素/CdSe复合材料的制备  52-53
    2.3.3 CdSe量子点在石英片上的组装  53-54
    2.3.4 表征  54
  2.4 结果与讨论  54-60
    2.4.1 纤维素/CdSe复合材料的结构表征结果  54-55
    2.4.2 纤维素/CdSe复合材料的荧光性质  55-57
    2.4.3 二氧化钛凝胶薄膜的重要性  57
    2.4.4 纤维素/CdSe复合材料中CdSe含量的估算  57-59
    2.4.5 石英片/CdSe复合材料的荧光性质  59-60
  2.5 水溶性CdSe量子点的合成及组装  60-62
  2.6 本章小结  62-64
  参考文献  64-68
第三章一步水热法制备纤维素/ZnS：Mn量子点复合材料  68-89
  3.1 前言  68-70
  3.2 实验仪器与试剂  70-71
    3.2.1 主要仪器  70
    3.2.2 主要试剂  70-71
  3.3 实验方法  71-73
    3.3.1 ZnS：Mn量子点的水热合成  71
    3.3.2 PEI-ZnS：Mn量子点的水热合成以及纤维素/ZnS：Mn复合材料的制备  71-72
    3.3.3 石英片/ZnS：Mn复合材料的制备  72
    3.3.4 表征  72-73
  3.4 结果与讨论  73-81
    3.4.1 ZnS：Mn量子点的电子显微镜表征结果  73-75
    3.4.2 PEI-ZnS：Mn量子点的电子显微镜表征结果  75
    3.4.3 纤维素/ZnS：Mn量子点复合材料的电子显微镜表征结果  75-77
    3.4.4 光谱表征结果  77-80
    3.4.5 纤维素/ZnS：Mn量子点复合材料的发光性质表征  80-81
    3.4.6 石英片/ZnS：Mn量子点复合材料的对照结果  81
  3.5 本章小结  81-83
  参考文献  83-89
第四章双金属纳米颗粒在纤维素上的组装及其催化性质研究  89-108
  4.1 前言  89-90
  4.2 实验仪器与试剂  90-91
    4.2.1 主要仪器  90-91
    4.2.2 主要试剂  91
  4.3 实验方法  91-93
    4.3.1 五种双金属纳米颗粒的合成  91-92
    4.3.2 五种双金属纳米颗粒在预修饰了二氧化钛凝胶薄膜的纤维素上的组装  92-93
    4.3.3 催化硼氢化钠还原对硝基苯酚  93
    4.3.4 表征  93
  4.4 结果与讨论  93-101
    4.4.1 双金属纳米颗粒的光谱和结构表征结果  93-95
    4.4.2 纤维素/双金属纳米颗粒复合催化材料的结构表征结果  95-97
    4.4.3 纤维素/双金属纳米颗粒复合催化材料的XPS表征结果  97-98
    4.4.4 纤维素/双金属纳米颗粒复合催化材料的催化性能  98-100
    4.4.5 纤维素/双金属纳米颗粒复合催化材料的循环利用效果  100-101
  4.5 本章小结  101-102
  参考文献  102-108
第五章文石型碳酸钙在纤维素上的生长及其超疏水应用研究  108-130
  5.1 前言  108-110
  5.2 实验仪器与试剂  110-111
    5.2.1 主要仪器  110
    5.2.2 主要试剂  110-111
  5.3 实验方法  111-113
    5.3.1 碳酸钙晶体在预先修饰有二氧化钛凝胶薄膜的滤纸上的生长  111-112
    5.3.2 碳酸钙晶体在预先修饰有二氧化钛凝胶和聚丙烯酸薄膜的滤纸上的生长  112
    5.3.3 碳酸钙晶体在石英片基底上的生长  112
    5.3.4 硬脂酸钠的修饰  112
    5.3.5 表征  112-113
  5.4 结果与讨论  113-122
    5.4.1 paper/(TiO_2)_5/(CaCO_3-x)样品的形貌和结构表征  113-117
    5.4.2 没有预先修饰二氧化钛凝胶薄膜的paper/(CaCO_3-x)样品的形貌和结构表征  117-118
    5.4.3 额外修饰一层聚丙烯酸的paper/(TiO_2)_5/PAA(CaCO_3-x)样品的形貌和结构表征  118-120
    5.4.4 碳酸钙晶体在石英片表面上的生长结果  120
    5.4.5 高相纯度的文石晶体的形成机理推测  120-121
    5.4.6 纤维素碳酸钙复合材料的疏水性质  121-122
  5.5 本章小结  122-124
  参考文献  124-130
第六章总结与展望  130-132
  6.1 总结  130-131
  6.2 展望  131-132
致谢  132-133
博士期间发表的科研论文  133

无机纳米晶体与天然纤维素物质复合材料的制备及性质研究

内容摘要

全文目录

相似论文