纤蛇纹石纳米管的合成、原位组装及产物属性研究

摘要

针对天然纤蛇纹石纳米管在量子组装应用上存在难于提纯、管径不均、管道易被伴生矿物所堵塞等缺点，从提高纤蛇纹石纳米管在量子组装上的可利用性出发，对纤蛇纹石纳米管的人工合成及量子组装进行了研究。采用水热法在不同反应条件下合成纤蛇纹石纳米管以研究其生长规律及最佳合成条件；在掺杂Fe3+条件下合成纤蛇纹石纳米管以研究其管径的变化规律；首次尝试在不同方法下合成具有更大潜在应用价值的定向纤蛇纹石纳米管，并探索其形成机理；首次采用原位组装法在纤蛇纹石纳米管内组装NiO量子点，并研究纤蛇纹石．量子点体系的性能及量子点组装机理。运用XRD、FTIR、SEM、AFM、TEM、HRTEM、TG/DTA、ESR、光学吸收谱、孔隙率检测等手段对合成及组装样品进行了一系列测试分析。 研究结果表明，合成纤蛇纹石纳米管的最佳反应条件为：Si/Mg摩尔比=0．68，pH=13．8，反应温度为200℃，反应时间为72h，此条件下合成的纳米管结构完善，纯净且易分散，长约500～700nm，平均长径比大于80：1，平均内外径分别为9．7和28．6nm，适于量子组装应用。在Fe3+掺杂浓度为Fe/（Mg+Si）摩尔比0．6g％时合成了结晶度比较完善的纤蛇纹石纳米管，纳米管缺陷较少，平均长径比小于60：1，平均内外径分别为11．4nm和25．7nm，也适于量子组装应用。以强磁力为诱导首次合成了具有定向排列的纤蛇纹石纳米管。成功在合成纤蛇纹石纳米管内组装了NiO量子点，得到NiO纳米颗粒尺寸约为6～8nm，量子点组装率约为5．5％。组装后的纤蛇纹石—NiO量子点体系在近红外区及紫外—可见区均呈现出较强的吸收，在光电领域具有潜在的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1纤蛇纹石的基本结构

1.2纤蛇纹石纳米管合成的研究现状

1.3纤蛇纹石纳米管组装的研究现状

1.3.1熔体注入法

1.3.2金属有机化学气相沉积法

1.3.3加热退火法

1.3.4电化学沉积法及超声化学法

1.4选题依据及意义

1.5主要研究内容及成果

1.5.1研究内容

1.5.2研究成果

1.6主要创新点

1.7主要工作量

2 纯净纤蛇纹石纳米管的合成

2.1实验部分

2.1.1实验原理

2.1.2实验方案

2.1.3试剂及仪器

2.1.4实验步骤

2.2样品分析

2.2.1不同反应条件

2.2.2最佳反应条件

2.3生长机理讨论

2.3.1生长过程

2.3.2卷曲方式

2.3.3排列方式

2.3.4纤维长度

2.3.5内外径

2.4本章小结

3 掺杂Fe3+纤蛇纹石纳米管的合成

3.1实验部分

3.1.1实验原理

3.1.2实验方案

3.1.3试剂及仪器

3.1.4实验步骤

3.2样品分析

3.2.1 XRD分析

3.2.2 FTIR分析

3.2.3 SEM分析

3.2.4 AFM分析

3.2.5TEM分析

3.2.6 HRTEM分析

3.2.7电子自旋共振分析

3.2.8TG/DTA分析

3.2.9光学吸收谱分析

3.3掺杂机理讨论

3.3.1掺杂离子对管径的影响机理

3.3.2掺杂离子在晶格中的占位

3.4本章小结

4 定向纤蛇纹石纳米管的合成

4.1 实验部分

4.1.1实验原理

4.1.2实验方案

4.1.3试剂及仪器

4.1.4实验步骤

4.2样品分析

4.2.1以镁橄榄石为先驱体

4.2.2以云母片为基底

4.2.3以强磁力为诱导

4.3定向生长机理讨论

4.4本章小结

5 NiO量子点的原位组装

5.1实验部分

5.1.1实验原理

5.1.2实验方案

5.1.3试剂及仪器

5.1.3实验步骤

5.2样品分析

5.2.1 XRD分析

5.2.2 TEM分析

5.2.3孔隙率检测

5.2.4 FTIR分析

5.2.5光学吸收谱分析

5.3组装机理讨论

5.4本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果