離子液體輔助合成功能納米材料的研究.pdf

1、無機納米材料具有迥異于本體材料的獨特物理化學(xué)性質(zhì)，因而受到了人們的廣泛關(guān)注。無機納米材料的性質(zhì)依賴于它的尺寸和形貌，因此制備尺寸和形貌可控的無機納米材料已成為目前科學(xué)研究的熱點。離子液體作為一種新興的綠色溶劑，具有很多特殊的功能。利用離子液體可以合成出新型的或者具有特殊性能的無機納米材料，為納米材料的制備開辟了一條新的途徑。然而，離子液體中無機納米材料的生長機制和制得材料的性能研究還處于初級階段。鑒于此，本論文通過離子液體輔助合成法制備

2、了氧化鋅(ZnO)納米材料和碳納米管/鉑(CNTs/Pt)復(fù)合材料，用X射線粉末衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)和熒光光度計(PL)等對樣品進行了分析和表征。深入研究了離子液體中無機納米材料的生長機制以及所制得材料的性能，闡明了離子液體中無機納米材料的生長機制以及所獲得無機納米材料性能的優(yōu)越性。本論文的具體內(nèi)容如下:
　　 第一章簡要介紹了納米材料的特性和制備方法，同時介紹了離子液體的結(jié)構(gòu)與特性以及其在無

3、機納米材料合成中的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上提出了本課題的研究目的及內(nèi)容。
　　 第二章研究了微波輔助加熱法在離子液體前驅(qū)體四丁基氫氧化銨(TBAH)中快速合成ZnO納米材料，合成出多種新穎的ZnO納米材料。反應(yīng)體系簡單，TBAH同時具有溶劑，微波吸收劑，反應(yīng)物和“形狀控制劑”的作用?？疾炝虽\鹽的濃度，鋅鹽的種類以及離子液體中含水量等參數(shù)對所制ZnO材料的影響。所合成的典型的ZnO形貌是小顆粒構(gòu)成的ZnO納米微球，通過控制合成條件還可以獲

4、得ZnO花狀顆粒，納米片以及納米片聚集體等。通過對生長機制的研究，我們發(fā)現(xiàn)所制得的ZnO納米材料是基于初生的ZnO納米顆粒的自組裝而形成的。對所合成的ZnO納米材料的室溫?zé)晒夤庾V性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)其在575nm處有一個寬的綠色熒光峰，表明所合成的ZnO結(jié)構(gòu)中存在大量氧缺陷;對所合成的ZnO納米材料的光催化活性研究，發(fā)現(xiàn)該材料可以有效的光催化降解染料分子羅丹明B，因而我們所制得的ZnO納米材料在光催化降解領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　

5、第三章研究了多種離子液體前驅(qū)體(四丁基氫氧化銨，TBAH;四乙基氫氧化銨，TEAH;四甲基氫氧化銨，TMAH;芐基三甲基氫氧化銨，BTMAH)中鋅片上ZnO納米陣列結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，合成出六棱柱結(jié)構(gòu)的ZnO納米棒、刺猬狀ZnO微球和片狀結(jié)構(gòu)ZnO顆粒。考察了離子液體種類和濃度對產(chǎn)物形貌的影響，發(fā)現(xiàn)離子液體的種類對所獲得的氧化鋅納米陣列具有重要的影響。通過對生長機制的研究發(fā)現(xiàn)不同離子液體對ZnO形貌的影響是由于離子液體的分子結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致離子液體

6、陽離子與ZnO初生顆粒的靜電作用力不同的結(jié)果。鑒于基底上構(gòu)筑無機納米陣列往往是構(gòu)筑納米器件的必備過程，我們利用離子液體前驅(qū)體在鋅片上成功構(gòu)筑出多種氧化鋅納米陣列，該類陣列為新型氧化鋅納米器件的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
　　 第四章研究了以抗壞血酸（AA）為還原劑，1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMIM]Cl)離子液體輔助合成碳納米管(CNT)復(fù)合材料的有效途徑，成功制備出CNTs/Pt納米復(fù)合材料?？疾炝穗x子液體的濃度、鉑鹽的濃度對所合

7、成的CNTs/Pt復(fù)合材料的形貌的影響，主要闡明金屬鉑顆粒與碳納米管復(fù)合的最佳條件。研究發(fā)現(xiàn)，離子液體的濃度對Pt顆粒的尺度及其在CNTs的分布具有重要的影響，Pt顆粒的尺度隨離子液體濃度的增加而減小。根據(jù)實驗結(jié)果，我們提出了離子液體與CNTs之間的π-π相互作用是金屬鉑顆粒與碳納米管之間的復(fù)合機制。循環(huán)伏安研究發(fā)現(xiàn)所制得的CNTs/Pt復(fù)合材料對K3Fe(CN)6具有較高的電化學(xué)響應(yīng)信號，并且電催化活性隨碳納米管復(fù)合材料中的Pt顆粒的