錳氧化物納米材料及基于銅、鈷的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的合成、表征與性質(zhì)研究.pdf

1、二十一世紀(jì)是材料化學(xué)的時(shí)代，新材料的誕生會(huì)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的迅速發(fā)展，甚至?xí)呱碌漠a(chǎn)業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域。材料科學(xué)現(xiàn)已發(fā)展成為一門跨學(xué)科的綜合性學(xué)科。作為材料科學(xué)發(fā)展的先導(dǎo)，納米材料的設(shè)計(jì)合成，是材料得到進(jìn)一步研究并推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。探索發(fā)展納米材料設(shè)計(jì)與合成的新途徑、新方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料的尺寸大小、粒徑分布，以及形貌和表面修飾的控制仍然是納米材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。此外，在新興領(lǐng)域如納米技術(shù)及生物工程中，不斷需要具有不同物理和化學(xué)性能的新

2、材料。有機(jī)一無(wú)機(jī)雜化材料將有機(jī)物種和無(wú)機(jī)物種在分子水平上有機(jī)的結(jié)合，提供了用化學(xué)方法同時(shí)改變材料的組成和結(jié)構(gòu)的可能性，使材料既具有有機(jī)物的特質(zhì)又具有無(wú)機(jī)物的性能，是一種非常具有潛力的多功能材料，是化學(xué)家和材料學(xué)家關(guān)心的課題之一。 本課題組長(zhǎng)期以來(lái)在液一液體系與萃取化學(xué)、無(wú)機(jī)材料化學(xué)兩個(gè)方向進(jìn)行深入研究，在溶液體系中溶液結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與相間傳質(zhì)，以及功能材料的制備方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本論文在課題組前人工作的基礎(chǔ)上，研究尋找新的液相合

3、成體系，控制合成具有特殊形貌的無(wú)機(jī)納米材料，為納米材料的制備、組裝、裁剪提供了一條新思路。此外，通過(guò)離子交換反應(yīng)在層狀無(wú)機(jī)材料中引入有機(jī)配體從而將無(wú)機(jī)組分的磁性和有機(jī)部分自身的特性，包括發(fā)光特性，手性等結(jié)合起來(lái)，制備出了新穎的有機(jī)一無(wú)機(jī)雜化材料。對(duì)于擴(kuò)充功能材料的液相合成，開發(fā)使無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的功能互補(bǔ)、協(xié)同優(yōu)化的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料的制備方法研究，為有目的地設(shè)計(jì)和合成具有特定組成、結(jié)構(gòu)和功能的新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論

4、依據(jù)。 論文主要工作是利用水熱法、前驅(qū)體法等多種方法成功地控制合成了各種形貌的無(wú)機(jī)納米材料；同時(shí)也探索了利用離子交換反應(yīng)制備有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料。具體內(nèi)容如下： 1.無(wú)機(jī)納米材料的制備、表征及機(jī)理研究。 (a)在非離子型表面活性劑聚乙烯基吡咯烷酮(PVP K30)作用下，利用簡(jiǎn)單的合成原料，在溫和可行的水熱條件下，成功地制得了空心結(jié)構(gòu)的單晶MnO2納米管，并分析了表面活性劑在合成納米管狀結(jié)構(gòu)中所起的作用，提出了納米

5、管狀結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，認(rèn)為MnO2納米管的形成遵循一個(gè)：成核-溶解-各向異性生長(zhǎng)-再結(jié)晶的生長(zhǎng)機(jī)理。該研究工作擴(kuò)大了目前所能獲得的納米管種類并提供了一個(gè)不同的，基本的路線去制備其他材料的單晶納米管。 (b)我們以與制備MnO2納米管狀結(jié)構(gòu)相同的原料，調(diào)整反應(yīng)條件，研究了不同反應(yīng)物配比在不同反應(yīng)時(shí)間下的水熱性質(zhì)，成功合成了γ-MnOOH多足枝狀納米晶，并結(jié)合TEM，XRD，SAED，HRTEM等表征手段分析了γ-MnOOH的生成過(guò)程

6、，并對(duì)包覆劑聚乙烯基吡咯烷酮對(duì)多足枝狀納米晶的生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了深入研究；然后進(jìn)一步用合成的γ-MnOOH作為前驅(qū)體，經(jīng)400℃燒結(jié)處理制得β-MnO2多足枝狀納米晶，豐富了我們的錳的氧化物制備體系。 (c)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)方法成功合成了一種新穎的碟型γ-二氧化錳納米六方片狀結(jié)構(gòu)，該方法以硝酸錳為錳源，氯酸鈉作為氧化劑，無(wú)需添加任何表面活性劑或有機(jī)模板，該種納米六方片邊緣長(zhǎng)度約250 nm，厚度只有幾十個(gè)納米；使用了TEM，XR

7、D，SEM等技術(shù)手段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了表征，并通過(guò)跟蹤產(chǎn)品在不同反應(yīng)階段的結(jié)晶情況和形貌，提出了該種新穎納米六方片可能的形成機(jī)理；另外，使用了超導(dǎo)量子干涉儀磁強(qiáng)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的磁性做了簡(jiǎn)單的測(cè)試和討論；本研究提供了一種嶄新的，簡(jiǎn)易的合成二維γ-二氧化錳納米六方片的路線從而擴(kuò)大了可供選擇使用的MnO2范圍。 2.有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料的制備與特性研究。 (a)通過(guò)一種簡(jiǎn)單、快速的方法以乙醇和水為混合溶劑合成了層間距為1.282 nm的層狀

8、水合三羥基醋酸合鈷化合物：Co2(OH)3(CH3COO)·H2O，結(jié)合元素和熱重分析，得出該種薄層的片狀聚集體的化學(xué)計(jì)量式為Co2(OH)3.3(CH3COO)0.7·2H2O；其無(wú)水結(jié)構(gòu)也可很容易地得到，只需在120℃進(jìn)行適當(dāng)加熱一小時(shí)；由于層狀水合三羥基醋酸合鈷化合物所呈現(xiàn)的磁性特性使得其在離子交換反應(yīng)領(lǐng)域具有重要的地位，同時(shí)也使得該種簡(jiǎn)單有效的合成方法對(duì)于有機(jī)一無(wú)機(jī)雜化材料的制備具有重要的意義。 (b)通過(guò)離子交換反應(yīng)將手性有機(jī)