纳米二氧化硅微球及介孔硅酸铜复合材料的制备与还原性能研究

摘要

近年来，纳米复合材料由于其特殊的结构使得它的许多性能优于单组分材料，在各个方面得到了广泛的应用。如在填料、催化、光学、生物医药、药物载体和多功能涂层材料等方面有着巨大的应用。本论文研究了表面活性剂在制备纳米二氧化硅微球中对其形貌的影响;同时以二氧化硅为模板，水热法制备出了介孔碱式硅酸铜空心微球并对影响实验结果的各实验条件做了进一步探讨，首次对介孔硅酸铜空心微球的还原性能进行了研究;继而，首次采用化学水浴法制备介孔核壳二氧化硅/硅酸铜复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对其进行表征。本论文研究结果如下:
　　1.表面活性剂对二氧化硅纳米微球形貌的影响
　　考察了非极性表面活性剂PEG、Tween-80、Triton X-100、Igepal CO-520在二氧化硅制备过程中对其形貌粒径的影响，深入探讨了各影响因素，实验结果表明:1）聚乙二醇为表面活性剂，常温下制备的二氧化硅微球大小、形貌均一，成球效果好，且随着PEG质量的减少，所得到二氧化硅微球的粒径也从500 nm减小到80 nm。2）曲拉通X-100为表面活性剂时，加入异丙醇做为助溶剂制备的二氧化硅球形貌均一，分散性好，粒径在400 nm左右。3）吐温-80为表面活性剂时，用乙醇为溶剂制备的二氧化硅形貌完好，粒径大小均一;随着吐温-80用量的减少，二氧化硅粒径也随之减小。4）Igepal CO-520为表面活性剂时，环己烷做溶剂，制备得到的二氧化硅微球粒径在30nm左右，但是随着表面活性剂加量的减少粒径随之变大，成球性降低;正辛烷作溶剂时，制备的二氧化硅形貌均一，粒径在100 nm左右，粒径有所增大。
　　2.水热法制备介孔碱式硅酸铜空心微球
　　利用水热法，制备出粒径为400 nm左右的介孔中空碱式硅酸铜微球。研究了反应温度、反应时间、铜盐种类对制备的介孔硅酸铜中空微球形貌的影响。(1)当反应用乙酸铜做为铜源时，得到的硅酸铜中空球形貌均一，分散性良好，介孔球的比表面积及孔径、孔容都得到了最优数据，对其在负载、催化等方面的应用提供了一个很好的前提。(2)乙酸铜作为铜源，改变反应时间，可以得到二氧化硅光球-核壳球-空心微球的反应过程，同时得到最佳时间，继续延长反应时间，硅酸铜空心球会出现部分球壳塌陷破裂的情况。(3)乙酸铜为铜源，改变反应温度，时间保持不变，不同的反应温度得到的产物略有不同，即乙酸铜与二氧化硅反应的程度不同，在120℃时，反应最完全，得到的产物均为空心微球。(4)氨水在反应中有至关重要的作用，可以和铜离子进行络合，以便反应顺利进行，同时还有刻蚀二氧化硅的作用。(5)对制备得到的产物进行还原性能研究，得到介孔氧化亚铜空心微球，硅酸铜空心球体做为模版前驱体合成氧化亚铜空心球体的可能性。
　　3.水浴法制备核壳介孔二氧化硅/硅酸铜纳米复合材料
　　采用水浴法制备核壳材料，成功制备出了介孔核壳复合材料，同时，对实验条件不同对产物形貌的影响进行了研究。实验结果表明，相对高的水浴温度和反应时间合成出的介孔材料形貌，分散性，物质结晶性均很好;温度低，反应时间短，得到的物质结晶不好，形貌、分散性影响不大。同时，对制备的产物进行了物理吸附测试，所制备的产物有大的比表面积，孔径、孔容。对水热合成法合成的介孔硅酸铜空心微球和水浴法合成的介孔核壳硅酸铜材料用氢氧化钠溶液浸泡得到形貌如花球状和花瓣状的物质进行初步的研究。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 纳米二氧化硅

1．2．1 纳米二氧化硅粉体

1．2．2 纳米二氧化硅粉体的研究进展

1．2．3 纳米二氧化硅微球的制备方法

1．3 硅酸盐材料

1．3．1 硅酸盐材料

1．3．2 硅酸盐材料的结构

1．3．3 硅酸盐材料的研究现状

1．4 介孔核壳硅酸盐材料

1．4．1 介孔材料

1．4．2 介孔核壳硅酸盐材料

1．4．3 铜和铜硅酸盐复合材料

1．5 水热合成法

1．6 水浴法

1．7 选题的目的和意义

第二章 纳米二氧化硅微球的制备及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂及仪器

2．2．2 制备方法

2．2．3 表征

2．3 实验结果与分析

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 表面活性剂为PEG时对制备二氧化硅微球形貌的影响

2．3．3 曲拉通X-100对制备二氧化硅微球形貌的影响

2．3．4 吐温-80对制备二氧化硅的影响

2．3．5 Igepal CO-520对二氧化硅形貌的影响

2．4 本章小结

第三章 介孔碱式硅酸铜空心球的制备表征及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂及仪器

3．2．2 SiO2纳米粒子的制备

3．2．3 碱式介孔硅酸铜中空微球的制备

3．2．4 表征与测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 产物的XRD图谱分析

3．3．2 铜源种类对产物形貌的影响

3．3．3 反应时间对产物形貌的影响

3．3．4 反应温度对产物形貌的影响

3．3．5 氨水对产物形貌的影响

3．3．6 产物的比表面积、孔径、孔容测试及结果

3．3．7 碱式介孔硅酸铜中空微球还原性能的探究

3．4 硅酸铜空心球的形成过程分析

3．5 本章小结

第四章 水浴法制备二氧化硅／硅酸铜核壳复合材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂及仪器

4．2．2 SiO2纳米粒子的制备

4．2．3 二氧化硅腱酸铜核壳纳米微球的制备

4．2．4 表征

4．3 二氧化硅／硅酸铜复合材料的表征

4．3．1 二氧化硅腱酸铜复合材料的XRD分析

4．3．2 二氧化硅模板的TEM照片

4．3．3 反应温度对硅酸铜核壳材料形貌的影响

4．3．4 反应时间对硅酸铜纳米复合材料形貌的影响

4．3．5 二氧化硅／硅酸铜核壳纳米复合材料的物理吸附测试

4．3．6 用氢氧化钠处理得到的产物的形貌分析

4．4 本章小结

结论

尚需进一步研究的工作

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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