室温离子液体辅助无机纳米材料合成的应用研究

摘要

许多化学工艺中对挥发性试剂的使用不可避免对环境及人类健康产生毒害作用。随着“绿色”技术逐渐成为工业界乃至学术界所关注的焦点，挥发性试剂的替代研究也成为大势所趋。 室温离子液体(Roomtemperatureionicliquids，简写为RTILs)顾名思义就是在室温或低于室温下即为熔融状态的盐。由于离子液体具有热稳定好、离子传导率高等优良的物理化学性质，特别是它可忽略的蒸气压使其作为一种环境友好试剂引起全世界的广泛关注。离子液体能够被发展为传统挥发性溶剂的替代品从而避免对环境的不良影响及实验安全困扰。另外，离子液体也为它们对化学反应、合成工艺等影响的基础理论研究提供了可能性。目前为止，离子液体己被广泛应用于催化、分析、电化学及分离等各个领域。相比之下，它们在无机材料合成中的应用研究尚处于起步阶段。 我们报道了五种常规室温离子液体的合成，并以离子液体辅助下硫化铜(CuS)纳米微粒、钼酸铋(Bi2MoO6)纳米片、钼酸钙(CaMoO4)微/纳米粒子等材料的辅助制备；分别用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光谱(UV-vis)和光致发光(PL)表征了材料的相结构、微观形貌及光学性质。 利用CuCl2和硫代乙酰胺为原料，采用离子液体辅助的方法，于室温下合成出粒径为250～300nm的CuS纳米微粒。这些微粒由平均厚度不超过10nm的纳米片构成，并呈现多级结构。作为对比，我们不加入离子液体而保持其他反应条件不变，却仅仅得到中间化合物-配合物Cu3(TAA)3Cl3。这个发现不仅提供了一个关于CuS纳米材料的室温合成方法，更重要的是证明了水溶液中微量离子液体的存在也能促使无机极性反应的发生。 采用离子液体辅助的水热法合成出具有方形形貌的Bi2MoO6纳米片。通过对比无离子液体体系或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助体系下所得产品的形貌，我们不难看出适量离子液体对产品形貌具有优良的指示作用。另外，该条件下合成出的Bi2MoO6在紫外光区及可见光区均具有较强吸收，表明该产品可能具有较好的光催化性能。 在离子液体/水体系中，室温下合成出由纳米粒子(10～30nm)组装成的CaMoO4中空微米球。我们证明离子液体的添加导致了CaMoO4的中空结构的形成，并对产品的光学性质起到了优化作用。 总之，本文提出了关于无机纳米材料的简便且环境友好的离子液体辅助合成法，并且证明离子液体常使合成出的材料具有更新颖或更优化的性能。该工艺可能为更多纳米材料的合成提供思路。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：注释表

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2纳米科技与纳米材料

1.2.1纳米科技

1.2.2纳米材料

1.2.3纳米材料特性

1.2.4纳米材料制备方法

1.3离子液体简介

1.3.1离子液体的发展史

1.3.2离子液体的物理化学特性

1.4离子液体在无机纳米材料合成中的应用进展

1.4.1多孔材料

1.4.2纳米粒子或中空球

1.4.3一维及二维纳米材料

1.4.4其他(电沉积)

1.5研究目的和主要研究内容

1.5.1研究目的

1.5.2研究内容

第二章咪唑类离子液体的合成与表征

2.1引言

2.2试剂和仪器

2.2.1主要试剂

2.2.2主要仪器

2.3离子液体的合成

2.3.1甲基咪唑的重蒸

2.3.2氯盐及溴盐离子液体的合成

2.3.3离子液体[BMIM]BF4的合成

2.4离子液体的表征

2.4.1 FT-IR表征

2.4.2 1H-NRM表征

第三章 离子液体[BMIM]BF4辅助硫化铜纳米粒子的室温合成

3.1引言

3.2试剂和仪器

3.2.1主要试剂

3.2.2主要仪器

3.3实验部分

3.3.1样品的制备

3.3.2样品的表征

3.4结果与讨论

3.4.1 X-射线衍射分析

3.4.2形貌分析

3.4.3对比产物分析

3.4.4中间产物分析

3.4.5离子液体[BMIM]BF4辅助机制分析

3.5本章小结

第四章离子液体[BMIM]BF4辅助钼酸铋纳米片的水热合成

4.1引言

4.2试剂和仪器

4.2.1主要试剂

4.2.2主要仪器

4.3实验部分

4.3.1样品的制备

4.3.2样品的表征

4.4结果与讨论

4.4.1物相分析

4.4.2形貌分析

4.4.3离子液体的量对样品形貌的影响

4.4.4对比实验产物分析

4.4.5紫外-可见吸收

4.5本章小结

第五章离子液体[BMIM]Br辅助钼酸钙中空微米球的制备与光学性质研究

5.1引言

5.2试剂和仪器

5.2.1主要试剂

5.2.2主要仪器

5.3实验部分

5.3.1样品的制备

5.3.2样品的表征

5.4结果与讨论

5.4.1不同体系中所得样品的SEM图

5.4.2离子液体[BMIM]Br浓度对产品形貌的影响

5.4.3中空微球体的XRD分析

5.4.4中空微球体的TEM分析

5.4.5中空球形成机理分析

5.4.6紫外-可见吸收

5.4.7室温光致发光

5.5本章小结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表与待发表的学术论文