無機(jī)納米晶體與天然纖維素物質(zhì)復(fù)合材料的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)尤其是納米技術(shù)的飛速發(fā)展，人們越來越多地發(fā)現(xiàn)即使組成完全相同的物質(zhì)，當(dāng)其處于不同的尺度時，將會具有截然不同的獨特性質(zhì)。例如，半導(dǎo)體納米晶體具有大塊半導(dǎo)體材料所不具有的優(yōu)異光學(xué)性能，金屬納米顆粒與大塊金屬相比也在諸如催化等眾多領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。正是如此，如何更好更高效地利用這些處于微觀納米尺度的無機(jī)晶體成為了近些年來新型材料領(lǐng)域的研究重點。天然纖維素物質(zhì)作為一種廉價易得并且具有良好生物相容性的材料在制備新型復(fù)合材料領(lǐng)

2、域顯示出了其特有的優(yōu)勢。
　　本文利用不同的組裝或生長技術(shù)，在天然纖維素物質(zhì)上固定上多種無機(jī)納米晶體，包括量子點，金屬納米顆粒，碳酸鈣晶體，從而使這些無機(jī)納米晶體從難以直接利用且不穩(wěn)定的分散液狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為多維乃至宏觀大塊的新型復(fù)合材料，擴(kuò)展了這些具有優(yōu)異性能的無機(jī)納米晶體的實際應(yīng)用價值。主要內(nèi)容如下:
　　(1)纖維素/CdSe量子點復(fù)合發(fā)光材料:首先利用鈦酸四丁酯在纖維素基底上沉積二氧化鈦凝膠薄膜，再將硬脂酸利用羧基與鈦的

3、配位作用沉積在其表面，最后通過合成得到的三辛基氧化膦與十六烷基胺包裹的CdSe量子點表面烷基與硬脂酸烷基鏈之間的疏水作用，制備得到纖維素/CdSe量子點復(fù)合發(fā)光材料。掃描電子顯微鏡的結(jié)果表明纖維素原有的三維復(fù)雜層次性結(jié)構(gòu)沒有任何破壞。透射電子顯微鏡中能夠看到在纖維素的納米纖維上均勻地分布有CdSe量子點顆粒。紫外—可見和熒光光譜表征表明了此復(fù)合材料很好地繼承了CdSe量子點的優(yōu)異光學(xué)性能，并且在熒光顯微鏡下能夠用肉眼觀察到明顯的綠色熒光

4、。不僅如此，通過把原本不穩(wěn)定的分散液狀態(tài)的CdSe量子點組裝到纖維素表面，不僅得到了宏觀大塊的發(fā)光復(fù)合材料，并且此材料的優(yōu)異發(fā)光性質(zhì)能夠維持長達(dá)數(shù)月之久。
　　(2)一步水熱法制備纖維素/ZnS∶Mn量子點復(fù)合發(fā)光材料:在水熱反應(yīng)釜中加入纖維素，ZnS∶Mn量子點的前體物質(zhì)和聚乙烯亞胺，在180℃下反應(yīng)8h，利用一步水熱法成功地制備了纖維素/ZnS∶Mn量子點復(fù)合材料。透射電子顯微鏡的表征有力地證明了對不含有纖維素基底的ZnS∶M

5、n量子點來說，聚乙烯亞胺的加入能夠很好地改善其分散性。同時，由于聚乙烯亞胺與纖維素材料之間的氫鍵相互作用作用，ZnS∶Mn量子點能夠更加均勻的組裝在纖維素的纖維之上，而不需要其他額外的修飾。X射線光電子能譜也進(jìn)一步地佐證了ZnS∶Mn量子點在纖維素表面的組裝。同樣的，此纖維素/ZnS∶Mn量子點復(fù)合材料在熒光顯微鏡下能夠觀察到穩(wěn)定且明顯的熒光現(xiàn)象。
　　(3)纖維素/雙金屬納米顆粒復(fù)合催化材料:利用表面溶膠-凝膠法在纖維素表面沉積

6、上二氧化鈦凝膠薄膜，再利用層層自組裝的方法，將帶有不同電性的聚電解質(zhì)和預(yù)先合成的五種不同組成的雙金屬納米顆粒通過靜電作用組裝到纖維素表面，制備得到了纖維素/雙金屬納米顆粒復(fù)合材料。掃描電子顯微鏡的表明了利用此方法得到的五種不同組成的復(fù)合材料保留了原始纖維素的三維復(fù)雜層次性結(jié)構(gòu)。透射電子顯微鏡中能夠明顯地看到Cu-Ag，Cu-Au，F(xiàn)e-Ag，F(xiàn)e-Au以及Au-Ag雙金屬納米顆粒均勻地分布在纖維素的纖維之上。紫外-可見光譜上能夠觀察到金

7、屬納米顆粒對應(yīng)的特征表面等離子體共振吸收峰。此五種纖維素/雙金屬納米顆粒復(fù)合材料都對硼氫化鈉還原對硝基苯分表現(xiàn)出了很高的催化活性，反應(yīng)原料液三次過濾經(jīng)過此復(fù)合材料后，轉(zhuǎn)化率均能夠高達(dá)95％以上，并且由于纖維素基底的優(yōu)勢，產(chǎn)物的分離和催化劑的循環(huán)再利用都明顯簡單快捷的多。
　　(4)纖維素/文石型碳酸鈣晶體復(fù)合超疏水材料:利用表面溶膠-凝膠法在纖維素表面沉積上二氧化鈦凝膠薄膜，將其放在氯化鈣溶液中吸附鈣離子，再放在碳酸鈉溶液中使其表

8、面沉積上碳酸鈣的小晶核，最后放進(jìn)50℃的含有多種離子的地?zé)崴羞M(jìn)行碳酸鈣晶體的生長。經(jīng)過48h后，在修飾有二氧化鈦凝膠薄膜的纖維素表面生長上了高相純度的針狀文石型碳酸鈣晶體。通過對不同晶體生長時間的樣品的表征發(fā)現(xiàn)，高相純度的文石晶體的形成經(jīng)歷了方解石型晶體的溶解和再結(jié)晶過程。當(dāng)在地?zé)崴猩L時間超過24h后，最穩(wěn)定的方解石晶體逐漸溶解，并且由于二氧化鈦凝膠膜與地?zé)崴墟V離子等的作用，再結(jié)晶形成了針狀的文石晶體。此纖維素/文石型碳酸鈣晶體