表面活性剂体系中功能无机纳米材料的合成与纳米材料表面性质研究

摘要

1．反胶束体系中-维Cu<,2>S/CuS纳米结构的结晶化行为在Triton X-100/环己烷/水体系的反胶束中，一维(1D)Cu<,2>S/CuS纳米结构的形貌随陈化时间的演变以透射电镜进行了表征，并讨论了水与表面活性剂的物质的量之比(w<,o>)对合成Cu<,2>S/CuS纳米结构尺寸和形貌的影响。结果表明，在初始阶段，Cu<,2>S的成核过程占主导作用，Cu<,2>S纳米结构的形貌主要受反胶束“水池”的限制，呈球形。随着陈化时间的延长，生长过程逐渐变为主导过程，Cu<,2>S纳米结构的形貌先演变为纳米棒，后演变为纳米线。从纳米粒子到高长径比的1D纳米结构的演变过程表明纳米线的形成过程是一个基于反胶束“水池”的取向聚集生长过程。在这个过程中，由于在反胶束融合对中诱导的各向异性作用，反胶束“水池”通过与融合对两端水化的表面活性剂半球层融合而对调控晶体的尺寸和形貌起着重要作用。高倍透射电子显微镜研究表明1D Cu<,2>S纳米结构沿着垂直于[100]面方向生长，进一步证实了上述生长机理。根据该假设，通过调节水与表面活性剂的物质的量之比可调控1D Cu<,2>S纳米结构的尺寸和形貌。 在Triton X-100/环己烷/水体系的反胶束中，以H2S为硫源剂合成了1D CuS纳米结构。与合成1D Cu<,2>S相似，CuS纳米结构的形貌由球形演变为1D纳米棒，但未得到纳米线。所得的1D CuS纳米结构的生长机理与1D Cu2S纳米结构的形成机理相互验证。上述所提出的1D硫化物纳米结构的形成机理有助于理解纳米晶体的结晶化行为，并为反胶束体系中其它纳米结构的形貌调控提供指导。 2．Pluronic F127/环己烷/H<,2>O体系中具有不同形貌的PbS微结构的构建在Pluronic F127/环己烷/水体系中中空：PbS纳米球和树枝状PbS微结构在室温下通过Pb(Ac)<,2>和从TAA控制释放的S<'2>-反应而成功地制得。所制产物以透射电子显微学(TEM)观察，其晶相以粉末X射线衍射仪(XRD)鉴定。PbS微结构的形成过程以UV-vis吸收光谱和TEM表征。所制PbS纳米中空球具有一个约40 nm左右的壳厚，PbS树枝状结构的平均尺寸为0.7-2.2μm。中空球的壳和树枝状结构均由立方相PbS纳米粒子组成。研究表明基于F127微乳液体系制备PbS纳米中空球需要一个F127浓度范围。随着微乳液体系中F127浓度从1.32×10<'-3>mol/L增加到2.65×10<'-3>mol/L，中空PbS纳米球的直径逐渐增加。另一方面，形成PbS树枝状微结构亦需一个最低F127浓度，但随F127浓度增加，树枝状结构的尺寸降低。微乳液中环己烷的加入使得中空球的直径和球核中形成的PbS纳米粒子的数量均降低，但对树枝状结构的影响较小。温度升高使得PbS纳米中空球的直径和树枝的尺寸均降低。一个关于PbS微结构的形成机理提出了。由F127微乳液滴与Pb(Ac)<,2>形成的复合微乳液滴有效地充当了PbS纳米中空球形成的软模板，而单体F127与Pb(Ac)<,2>形成的复合单体聚集体则对树枝状结构的形成起着结构导向作用。 3．等温滴定微量热法研究金属阳离子在金纳米粒子表面的吸附行为本文首次报道了以等温滴定微量热法研究金属阳离子在金纳米粒子表面的吸附行为，并以透射电镜法、动态光散射法以及紫外光谱法进行了验证。当过渡金属阳离子滴入金纳米粒子溶液中时，得到了S型响应的缔合等温线；而当碱土金属阳离子滴入该金纳米粒子溶液时，缔合等温线由完全的放热性质向完全的吸热性质转变。过渡金属阳离子以及碱土金属阳离子Mg<'2+>、Ca<'2+>离子在金纳米粒子表面的缔合焓在-99～-174 cal/mol金属阳离子，而碱土金属阳离子Sr<'2+>、Ba<'2+>离子因与金纳米粒子之间弱的缔合作用而未测得缔合焓。金属阳离子在金纳米粒子表面的缔合焓与滴加的金属阳离子的性质和浓度有关。它们与金纳米粒子的作用强度以如下顺序降低：Cu<'2+>>Co<'2+>>Zn<'2+>>Cd<'2+>>Mg<'2+>>Ca<'2+>>Sr<'2+>>Ba<'2+>。金属阳离子与金纳米粒子表面金原子和弱缔合的柠檬酸盐的COO<'->离子的缔合作用是金属阳离子与金纳米粒子相互作用的驱动力，该缔合是一个焓驱动的过程。TEM图像和动态光散射测定表明，金属阳离子的加入导致了金纳米粒子的生长和聚集，且过渡金属阳离子的作用更显著。加入金属阳离子后金胶吸收光谱中在523 nm处的表面等离子共振吸收带强度下降，而在610 nm左右出现了一新峰，这是金属阳离子在金纳米粒子表面缔合并引起聚集的结果，进一步验证了等温滴定微量热法的结果。

目录

第一章序言

1.1表面活性剂分子有序组合体

1.1.1小分子表面活性剂分子有序组合体

1.1.2高分子表面活性剂分子有序组合体

1.2纳米材料

1.2.1纳米材料概述

1.2.2纳米材料的用途

1.3纳米材料的制备与表面特征

1.3.1纳米材料的制备方法

1.3.2纳米材料表面特性

1.4表面活性剂体系中纳米材料合成与表面特性研究概述

1.4.1表面活性剂体系中纳米材料合成的研究进展

1.4.2纳米材料表面特性研究进展

1.5本文的研究内容和意义

参考文献

第二章反胶束体系中一维Cu2S纳米结构的结晶化行为

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1实验试剂

2.2.2 Cu2S纳米晶体的制备

2.2.3 Cu2S纳米结构的表征

2.3结果与讨论

2.3.1 Cu2S纳米晶体的相鉴定

2.3.2 Cu2S纳米结构的结晶化行为

2.3.3 wo对Cu2S纳米结构的影响

2.4结论

参考文献

第三章反胶束调控的一维CuS纳米结构的形貌演变

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试剂

3.2.2一维CuS纳米结构制备方法

3.2.3一维CuS纳米结构表征

3.3结果与讨论

3.3.1 CuS纳米晶体的相鉴定

3.3.2 CuS纳米结构的形貌演变

3.3.3 wo对CuS纳米结构尺寸和形貌的影响

3.4结论

参考文献

第四章Pluronic F127/环己烷/H2O体系中具有不同形貌的PbS微结构的构建

4.1序言

4.2实验部分

4.2.1试剂

4.2.2 PbS微结构的制备

4.2.3 PbS微结构的表征

4.3结果与讨论

4.3.1 PbS微结构的特征

4.3.2 F127浓度的影响

4.3.3环己烷的影响

4.3.4反应温度的影响

4.3.5反应物浓度比的影响

4.3.6 Pb2+前驱体的影响

4.3.7 PbS微结构的形成过程

4.4结论

参考文献

第五章等温滴定微量热法研究金属阳离子在金纳米粒子表面的吸附行为

5.1序言

5.2实验部分

5.2.1试剂

5.2.2金纳米粒子的合成

5.2.3等温滴定微量热测定

5.2.4透射电子显微镜和动态光散射测量

5.2.5紫外光谱测定

5.3结果与讨论

5.3.1形貌表征

5.3.2吸附热力学特征

5.3.3紫外光谱吸收特征

5.4结论

参考文献

第六章结论

本文的主要创新点

硕士期间发表的论文

致谢