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纳米材料的绿色合成及其性能研究

作　者: 陈金花
导　师: 曹洁明
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 有机化学
关键词: 多糖纳米材料金属氧化物纳米金属空心球催化剂绿色化学
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

以多糖类有机化合物为模板调控无机晶体的生长是近年来一个新的研究方向。多糖是各种单糖的缩聚物,是地球上最丰富的可再生天然有机物之一。多糖的相对分子量比较大,大多带有负电荷,由于是一种多羟基的高分子物质,所以在分子间可以通过氢键形成超分子,作为模板来引导纳米粒子的生长。利用多糖类有机化合物的种类差异,可以制备出具有不同结构和独特性能的无机纳米材料。利用生物多糖制备纳米材料有很多优点,如多糖资源丰富,可再生,成本低廉;制备过程中的化学反应都在水体系中进行;多糖在合成纳米材料的过程不但充当模板剂,有些甚至还充当稳定剂、还原剂。这就避免了以往纳米材料制备过程中使用有机溶剂、有机表面活性剂、强还原剂等高毒害物质,满足绿色合成的要求。由于纳米材料具有高表面积,呈现了极好的催化性能。本论文将多糖类有机化合物引入金属氧化物与金属纳米材料的制备中,并研究其中几种金属纳米材料在有机合成反应中的催化性能,主要包含以下四个方面的研究内容:(1)用一种简单、绿色的方法通过以淀粉为模板合成具有高比表面积的NiO纳米颗粒。产物形貌新颖且具有良好的赝电容性质。同时,我们研究了煅烧温度和模板用量对产物结构参数的影响,并提出了NiO纳米颗粒的形成机理。同时探讨不同模板(葡聚糖)对多孔NiO的制备的适用性以及淀粉模板对于其它多孔金属氧化物制备(Co3O4)的适用性。(2)利用可溶性淀粉和乙酸盐作为前驱体,在氮气气氛下热处理淀粉与乙酸盐的混合物,通过一种简单的绿色合成方法制备了碳保护的纳米镍和碳保护的纳米钴两种复合材料,样品具有较高的比表面积,在空气中具有很好的稳定性和耐酸性。(3)利用葡聚糖为模板和还原剂制备了银/碳复合物。并以醛、炔、胺三组分的偶联反应(A3)为模型,对纳米银/碳复合物在有机反应中的催化性能进行了初步研究。以银/碳复合物为催化剂,以54 %收率成功制得了炔丙基胺衍生物。(4)水热法制备空心微球结构金属氧化物并研究其超电容性能。报道两种制备方法:一种是利用葡萄糖和金属盐前驱体混合一步水热、热处理最终得到金属氧化物空心球;另一种是首先水热制得胶体碳球,然后以胶体碳球为硬模板,制得金属氧化物空心球。制得的样品均具有较高的比表面积和较好的超电容性能。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-26
  1.1 纳米材料简介  14
  1.2 纳米材料制备方法  14-16
    1.2.1 纳米材料一般制备方法  14-15
    1.2.2 模板法制备纳米材料  15
    1.2.3 生物模板制备纳米材料  15-16
  1.3 生物多糖在纳米材料制备中的应用  16-19
    1.3.1 生物多糖的性质  16
    1.3.2 生物多糖的分类  16-17
    1.3.3 常用生物多糖模板的结构和性质  17-19
    1.3.4 多糖模板制备纳米材料合成机理  19
  1.4 利用生物多糖制备纳米材料国内外研究状况  19-21
    1.4.1 生物多糖为软模板制备多孔材料及纳米材料  19-20
    1.4.2 生物多糖为硬模板制备金属及无机材料  20-21
    1.4.3 其它生物模板制备纳微米材料  21
  1.5 纳米材料在超级电容器中的应用  21-22
    1.5.1 超级电容器简介  21-22
    1.5.2 超级电容器纳米电极材料  22
  1.6 纳米催化剂在有机合成中的应用  22-25
    1.6.1 纳米催化剂研究现状  22-23
    1.6.2 纳米催化剂在A3 反应中的应用  23-25
  1.7 本课题设计思路及研究内容  25-26
第二章利用淀粉为模板制备多孔氧化镍及研究其超电容性能  26-36
  2.1 引言  26
  2.2 实验  26-27
    2.2.1 主要化学试剂  26-27
    2.2.2 主要实验仪器及设备  27
  2.3 以淀粉为模板制备多孔氧化镍电极材料  27-33
    2.3.1 实验步骤  27-28
    2.3.2 样品的测试与表征  28
    2.3.3 实验结果与分析  28-30
    2.3.4 超电容性能测试  30-33
    2.3.5 机理讨论  33
  2.4 以淀粉为模板制备多孔氧化钴电极材料  33-34
  2.5 以葡聚糖为模板制备多孔氧化镍电极材料  34
  2.6 本章小结  34-36
第三章利用多糖制备金属/碳复合物  36-48
  3.1 引言  36-37
  3.2 碳保护金属Ni、Co 纳米粒子的制备  37-42
    3.2.1 实验试剂  37
    3.2.2 表征仪器  37
    3.2.3 样品合成与表征  37
    3.2.4 XRD 分析  37-38
    3.2.5 TGA-DTA 分析  38-39
    3.2.6 TEM 分析  39-40
    3.2.7 N_2 等温吸附-脱附分析  40-41
    3.2.8 磁性能测试  41-42
    3.2.9 小结  42
  3.3 Ag/C 复合物的制备及催化性能研究  42-46
    3.3.1 实验试剂  42
    3.3.2 表征仪器  42-43
    3.3.3 实验步骤  43
    3.3.4 XRD 分析  43-44
    3.3.5 SEM、TEM 分析  44
    3.3.6 N_2 等温吸附-脱附分析  44-45
    3.3.7 Ag/C 复合物的催化性能分析  45-46
    3.3.8 讨论  46
  3.4 本章小结  46-48
第四章水热法制备空心微球结构金属氧化物  48-62
  4.1 前言  48-50
  4.2 一步法制备氧化物空心球  50-56
    4.2.1 实验试剂  50
    4.2.2 表征仪器  50
    4.2.3 实验步骤  50
    4.2.4 表征分析  50-56
    4.2.5 机理分析  56
  4.3 两步法制备氧化物空心球  56-61
    4.3.1 实验试剂  56
    4.3.2 表征仪器  56
    4.3.3 实验步骤  56-57
    4.3.4 表征分析  57-60
    4.3.5 机理分析  60-61
  4.4 本章小结  61-62
第五章总结和展望  62-64
  5.1 总结  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表的主要论文  73

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