双亲性聚合物组装纳米材料及其有机-无机纳米复合材料的性能

摘要

近年来，能源和环境问题成为当前亟待解决的现实和战略问题之一。而纳米材料及其复合材料由于具有许多优异的性能在很多领域得到了极大的关注和潜在应用，成为多学科近年来的热点研究领域之一。
　　在纳/微米结构功能材料的合成方法中，软模板法因简单、材料设计的多样性等，成为纳米材料制备的最重要的途径之一。本研究在前期系列研究的的基础上采用双亲性软模板辅助水热法制备了数种代表性的硫化物（如：NiS、CdS和Cu2S），并采用SEM、TEM、XRD、UV-vis、FTIR等对其微结构和光谱性能进行基本表征。结果表明，所制备的硫化物主体形貌为粒子结构，表面有一层厚厚的聚合物壳层，聚合物壳层间的聚集形成了准一维结构。UV-vis显示，所制备的硫化物在可见光区有较好的吸收，说明该材料能有效地利用可见光，在能源和环境领域有较好的潜在应用。本研究选用代表性的有机污染物，采用日光开展光催化降解结果表明，所制备的核/壳结构硫化物对亚甲基蓝光降解效果显著，但对罗丹明效果不理想。FTIR结果显示，所制备的硫化物表面含有亲、疏水链段的双亲性软模板，预计所设计的硫化物对亲、疏水的有机污染物会有好的光催化效果。
　　在有机-无机纳米复合功能材料的系列开发方面，基于成本和前期的研究基础等因素，我们主要选用低维的ZnO、TiO2为主体材料，采用上述制备的含双亲性软模板的硫化物对其进行了表面自组装改性，构筑了部分低维纳米功能复合材料。采用SEM、TEM、XRD、UV-vis、FTIR等手段对其进行了系列表征。同时选用代表性的有机污染物，采用日光开展光催化降解实验，也同样显示出了对亚甲基蓝光降解效果显著，但对罗丹明效果不理想。
　　在纳米材料的有机表面改性方面，考虑到芘是一类重要的有机半导体，又是一类很好的有机发光材料之一，广泛用于化学传感和生物传感，可用于有机污染物、重金属离子、及癌细胞、病毒、基因等检测，我们以含羧基的芘衍生物在含羟基的ZnO表面进行了自组装，取得了一些有意义的结果。光催化降解有机污染物结果表明，芘衍生物对ZnO纳米材料表面改性后的产物对罗丹明和亚甲基蓝均有显著的光降解效果。含羧基和乙烯基咔唑基团的接枝聚合物对ZnO纳米材料表面自组装改性显示出的光催化降解效果介于芘衍生物对ZnO纳米材料表面改性和所制备的硫化物改性之间。为研究该方法的通用性，我们在课题组前期系列研究基础上，采用含氨基的芘衍生物在含羧基的石墨烯、碳纳米管、氧化石墨烯纳米带表面进行了自组装，也取得了类似的结果。
　　在有机-无机纳米复合功能材料的拓展方面，基于葫芦脲的大环特性和内腔、外腔的性能差异，我们在环湖精体系的基础上，采用含羧基的葫芦脲接枝聚合物对NiO、TiO2等低维材料进行表面改性，同样选用代表性的有机污染物，采用日光开展光催化降解实验，取得了一些初步的结果。