基于纳米微粒表面功能化制备空心纳米材料

摘要

通过将甲基丙烯酸甲酯(MMA)和乙烯基苄基氯(VBC)通过溶液聚合得到共聚物P(MMA-co-VCB)，再将共聚物用静电纺丝法纺丝得到微米纤维。通过原子转移自由基聚合(ATRP)反应在纤维表面引入三甲氧基硅基团，通过与四乙氧基硅烷(TEOS)的溶胶-凝胶反应在纤维表面形成包覆的SiO2壳层。将纤维置于600℃下，分解除去内部的聚合物模板，得到中空的SiO2微米管。对所得产物及中间产物进行了红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和X-射线光电子能谱(XPS)等表征。结果表明：三甲氧基硅基团被成功引入到纤维地表面，所得到的SiO2中空微米管的壳层厚度约为0.25μm，SiO2呈非晶结构。 以γ-Al2O3纳米粒子为模板，利用其表面的羟基与3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)反应，得到功能化的γ-Al2O3纳米粒子，通过巯基吸附钯纳米粒子，并逐步升温还原Pd2+得到金属钯壳层，在室温下用40 wt.％氢氟酸溶液刻蚀，除去γ-Al2O3模板，并得到中空的纳米钯粒子。红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)等表征的结果表明，空心钯纳米粒子的壳层厚度约为10 nm，直径约为120nm，比表面积为76.4 m2/g。 通过无皂乳液共聚合反应，成功制备了聚苯乙烯-co-甲基丙烯酸-2-氨基乙酯盐酸盐共聚物(P(St-co-AEMH))的纳米乳胶粒子。以乳胶粒子为模板，通过其表面的氨基吸附金溶胶纳米粒子。以吸附的金溶胶纳米粒子作为晶种和反应的成核点，用盐酸羟胺还原HAuCl4/K2C03溶液得到了P(St-co-AEMH)/Au核/壳纳米复合粒子。将所得的纳米复合粒子用浓硫酸处理10天，除去粒子中的聚合物模板，得到空心的金纳米粒子。产物的结构与形貌采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)等进行表征。结果表明，空心金纳米粒子直径约为220 nm，金壳层的厚度约为30 nm，纳米粒子表面的金的包覆率约为75％，金壳层包覆比较完整均匀。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2纳米材料的分类

1.3纳米材料的特性

1.4纳米粒子的表面改性/功能化

1.5核/壳纳米材料和空心纳米材料

1.6空心纳米微球的制备

1.6.1合成模板的同时表面功能化

1.6.2合成模板后表面功能化

1.7空心微球材料的应用

1.7.1催化

1.7.2生物医药

1.7.3光电子材料

1.7.4材料科学

1.8无机中空微管的制备

1.8.1模板法

1.8.2同轴电纺丝法

1.8.3超分子自组装法

1.8.4水热法

1.9论文的选题意义及创新之处

第2章 以电纺丝法制备聚合物纤维模板经表面引发原子转移自由基聚合制备空心SiO2微管

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验仪器及分析手段

2.2.3聚合物P(MMA-co-VBC)的制备

2.2.4聚合物P(MMA-co-VBC)电纺丝微纤维的制备

2.2.5聚合物P(MMA-co-VCB)纤维的表面硅烷功能化

2.2.6空心二氧化硅微管的制备

2.3结果与讨论

2.3.1 FT-IR分析

2.3.2 TEM和SEM分析

2.3.3 EDX分析

2.3.4 XRD分析

2.3.5 TGA分析

2.3.6 XPS分析

2.4本章小结

第3章 以γ-氧化铝纳米粒子为模板制备空心金属钯纳米粒子

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验仪器及分析手段

3.2.3 γ-Al2O3纳米粒子表面功能化

3.2.4 γ-Al2O3纳米粒子/钯的核/壳纳米复合粒子的制备

3.2.5空心钯纳米粒子的制备

3.3结果与讨论

3.3.1 FT-IR分析

3.3.2 SEM和TEM分析

3.3.3 EDX分析

3.3.4 XRD分析

3.3.5 BET分析

3.4本章小结

第4章 以聚合物纳米乳胶粒为模板制备空心金纳米粒子

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原料

4.2.2实验仪器及分析手段

4.2.3 P(St-co-AEMH)粒子制备

4.2.4金溶胶的制备

4.2.5金种修饰的聚合物纳米乳胶粒子的制备

4.2.6 HAuCl4/K2CO3沉化液的制备

4.2.7 P(St-co-AEMH)/Au核/壳复合纳米粒子的制备

4.2.8空心金球的制备

4.3结果与讨论

4.3.1 FI-IR分析

4.3.2 SEM和TEM分析

4.3.3 EDX和XRD分析

4.3.4TGA分析

4.4本章小结

第5章结论与展望

5.1结论

5.2展望

致 谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果