聚合物模板法制备中空微球、有序大孔材料及其应用初探

摘要

中空微球和有序大孔材料由于在许多重要领域有着广阔的应用前景，能有效提高先进材料的主要功能，成为了当前材料研究的热点。为了解决严重的环境污染问题，对环境污染物进行快速准确的检测与分析是非常重要的。本论文成功制备了质量较好的PS胶体晶体，单分散的中空PANI、Ag微球，孔径可调的有序大孔PANI、Ag薄膜，并初步研究了有序大孔材料在环境分析中的应用。本论文涉及的研究工作及主要结论有: 1、PS微球的制备及其自组装 通过无皂乳液聚合法和分散聚合法制备了不同粒径大小的PS微球，以PS微球为胶体粒子，采用垂直沉积法制备了PS胶体晶体。研究了在不同粒径PS微球以及不同PS微球溶液浓度条件下所制备的PS胶体晶体的质量。结果表明，采用无皂乳液聚合法和分散聚合法所制备的PS微球粒径均一、单分散性好;在PS微球粒径大小为220～520nm的范围内，采用垂直沉积法制备的PS胶体晶体质量较好，有序度较高、呈面心立方密堆积结构;PS微球粒径一定、当浓度为0.1％时所制备的PS胶体晶体排列最为紧密有序;所制备的PS胶体晶体的透射光谱均符合布拉格衍射现象。 2、中空PANI、Ag微球的制备 采用多巴胺对PS微球表面进行修饰。采用修饰后的PS微球为基体，以苯胺为反应单体，过硫酸铵为氧化剂，制备了核壳型的PS/PANI复合微球，溶解去除PS微球核以后，得到了壳层厚度不同的中空PANI微球。以修饰后的PS微球为基体，在其表面吸附银氨离子后，以葡萄糖为还原剂，制备了核壳型且壳层包覆致密度不同的PS/Ag复合微球，溶解去除PS微球核后，得到了中空Ag微球。结果表明，以多巴胺修饰PS微球后，微球表面略有粗糙;在苯胺浓度为0.5×10-3～2.0×10-3mol/L范围内，制得了核壳型PS/PANI复合微球;所制得的中空PANI微球其壳层厚度随着反应时苯胺单体浓度的增加而相应增加;在硝酸银浓度为0.6×10-1～2.4×10-1mol/L范围内，制备了包覆致密度不同的PS/Ag复合微球;所制得的中空Ag微球球形度较好。 3、有序大孔PANI、Ag薄膜的制备 以PS胶体晶体为模板，在三电极体系中，采用循环伏安法，控制电位为-0.3～0.9V，电化学聚合苯胺，制备了PS/PANI有序阵列，溶解去除PS胶体晶体模板后，得到了有序大孔PANI薄膜。以多巴胺修饰PS胶体晶体，在其表面吸附银氨离子后，以甲醛为还原剂，制备了PS/Ag有序阵列，溶解去除PS胶体晶体模板后得到了孔径大小不同的有序大孔Ag薄膜。结果表明，在ITO导电玻璃上直接电化学沉积所得的聚苯胺呈纳米纤维状;以胶体晶体为模板沉积聚苯胺后，其形貌复制了胶体晶体模板的有序性;所制备的有序大孔PANI薄膜排列有序、质量较好;所制备的PS/Ag复合阵列，Ag粒子呈颗粒状吸附在PS微球表面;在孔径范围为165～450nm范围内，所制备的有序大孔银膜有序度较高，质量较好。 4、有序大孔薄膜在环境分析中的应用 将不同类型的PANI薄膜应用于pH传感器方面。采用罗丹明6G水溶液为探针分子，研究了不同类型Ag薄膜的拉曼增强效果。结果表明，PANI薄膜对于酸、碱的响应电位值大小顺序为:有序大孔PANI薄膜＞PS/PANI有序阵列＞PANI薄膜;有序大孔PANI薄膜在酸性、碱性条件下的电位值响应分别为66.75mV/pH、60.43mV/pH，有望将这种导电聚合物pH传感器应用于监测水质的pH值变化领域。不同类型Ag薄膜的拉曼增强效果顺序为:有序大孔Ag薄膜＞PS/Ag有序阵列;在孔径范围为165～450nm内，随着有序大孔Ag膜孔径的增大，对罗丹明6G的增强效果随之增强，有望将这种SERS基底应用于环境中微量有害特质的检测。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 中空微球

1．1．1 中空微球的研究

1．1．2 中空微球的应用

1．2 有序大孔材料

1．2．1 有序大孔材料的研究

1．2．2 有序大孔材料的应用

1．3 功能材料与环境工程

1．3．1 环境污染的主要种类及危害

1．3．2 多孔材料在环境工程中的应用

1．4 论文选题意义和创新点

1．5 论文的主要研究内容

第二章 单分散PS微球的制备及其自组装

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料及试剂

2．2．2 实验设备及测试仪器

2．2．3 实验步骤

2．2．4 表征方法

2．3 结果与讨论

2．4 本章小结

第三章 中空PANI、Ag微球的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料及试剂

3．2．2 实验设备及测试仪器

3．2．3 实验步骤

3．2．4 表征方法

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 有序大孔PANI、Ag薄膜的制备

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料及试剂

4．2．2 实验设备及测试仪器

4．2．3 实验步骤

4．2．4 表征方法

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 有序大孔材料在环境分析中的应用初探

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 原料及试剂

5．2．2 实验设备及测试仪器

5．2．3 实验步骤

5．2．4 表征方法

5．3 结果与讨论

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表(或待发表)的学术论文

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