Brij97溶致液晶中制備類水滑石納米片及其組裝.pdf

1、類水滑石(LDHs)是由兩種或兩種以上金屬元素組成的具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的氫氧化物，其層板帶正電荷，層間為可交換的陰離子。在阻燃、催化、吸附以及藥物載體等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。溶致液晶(LLC)是由一定濃度的雙親分子在溶劑中形成的長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，兼有液體可流動(dòng)性和晶體各向異性的特點(diǎn)。LLC已廣泛用作合成納米材料的微反應(yīng)器或模板。本論文采用Brij97構(gòu)建的六角相溶致液晶或C12EO4構(gòu)建的層狀溶致液晶作為微反應(yīng)器來(lái)調(diào)控類水滑石形貌與結(jié)構(gòu)，探索

2、溶致液晶中制備類水滑石納米結(jié)構(gòu)材料的基本規(guī)律，分析產(chǎn)物的形貌與結(jié)構(gòu)特征，為構(gòu)筑類水滑石納米功能材料提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)材料。
　　本文利用非離子表面活性劑Brij97和鎂、鋁混合鹽溶液構(gòu)建六角相溶致液晶，以此作微反應(yīng)器，通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，制備比表面積大、厚度薄的類水滑石納米片。研究了表面活性劑濃度、無(wú)機(jī)鹽濃度、沉淀劑用量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)類水滑石形貌與結(jié)構(gòu)的影響。在此基礎(chǔ)上，以液晶相中制備的類水滑石納米片為構(gòu)建單元，通過(guò)層層組裝將類水滑石

3、包覆在聚苯乙烯納米球表面，經(jīng)煅燒或有機(jī)溶劑溶解去除聚苯乙烯內(nèi)核，制得類水滑石氧化物及類水滑石納米空心球;另外，自液晶相中還制備了含稀土元素的鎂-鋁-銪三元類水滑石，對(duì)產(chǎn)物形貌與熒光性質(zhì)進(jìn)行了表征，并以此為構(gòu)建單元制備了具有熒光性質(zhì)的納米空心球。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)在六角相溶致液晶中制備鎂-鋁類水滑石。首先根據(jù)樣品的偏光織構(gòu)和小角X射線散射特征，篩選構(gòu)建穩(wěn)定液晶相的組成。采用稀氨水作沉淀劑，通過(guò)共沉淀反

4、應(yīng)在液晶相水區(qū)制備鎂-鋁類水滑石。分別采用XRD、TEM、SEM、AFM、ICP、FT-IR、N2吸附-脫附、熱重等手段對(duì)類水滑石納米片結(jié)構(gòu)、形貌及組成進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選用鎂、鋁離子物質(zhì)的量之比為2∶1，陽(yáng)離子總濃度為0.45 mol/L的鹽水與Brij97(56 wt％)可構(gòu)建穩(wěn)定的六角相溶致液晶，控制沉淀劑實(shí)際用量為理論值的8倍，反應(yīng)24 h，自液晶相中制備了類水滑石納米片，其橫向尺寸約110 nm，厚度2-5 nm，比表

5、面積128.81m2/g。利用溶致液晶微反應(yīng)器法制備LDHs納米材料，產(chǎn)物片層薄，比表面積高，表明溶致液晶限域作用對(duì)產(chǎn)物形貌、尺寸及結(jié)構(gòu)具有顯著的調(diào)控作用。
　　(2)以溶致液晶中制備的類水滑石納米片為構(gòu)建單元，以聚苯乙烯小球?yàn)闋奚０?，通過(guò)層層組裝制備類水滑石氧化物及類水滑石納米空心球。在采用溶致液晶微反應(yīng)器法制備類水滑石納米片的基礎(chǔ)上，利用無(wú)皂乳液聚合法制得粒徑為250 nm和820 nm的聚苯乙烯(PS)小球，將PS小球用聚

6、苯乙烯磺酸鈉(PSS)進(jìn)行表面修飾，通過(guò)靜電作用，采用層層組裝法制備了聚苯乙烯小球@類水滑石(PS@LDHs)納米復(fù)合物。樣品經(jīng)過(guò)煅燒去除聚苯乙烯內(nèi)核，得到結(jié)構(gòu)完整的鎂鋁氧化物納米空心球，氧化物經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)重建還可以制備類水滑石納米空心球。實(shí)驗(yàn)研究了分散介質(zhì)、聚苯乙烯與類水滑石質(zhì)量比、聚苯乙烯磺酸鈉濃度、聚苯乙烯粒徑、樣品包覆方式、煅燒條件對(duì)PS@LDHs納米復(fù)合物以及納米空心球產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，固定聚苯乙烯與類水滑石的質(zhì)量比為

7、5，聚苯乙烯納米球粒徑為820 nm時(shí)，LDHs樣品經(jīng)過(guò)超聲預(yù)處理，將PS小球滴加到類水滑石中，包覆物結(jié)構(gòu)完整。控制升溫速率為20℃/h，將復(fù)合物從室溫逐步加熱至450℃，恒溫5h后至樣品為白色，得到類水滑石的煅燒樣品。
　　(3)含稀土元素的鎂-鋁-銪三元類水滑石制備及熒光性能表征。利用非離子表面活性劑C12EO4、Brij97和鎂、鋁、銪的混合鹽溶液構(gòu)建穩(wěn)定的溶致液晶，向其中加入稀氨水，通過(guò)共沉淀反應(yīng)制備三元類水滑石。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

8、表明，在C12EO4層狀液晶相中控制表面活性劑濃度為50wt％，陽(yáng)離子總濃度為0.45mol/L，并且鎂鋁銪的物質(zhì)的量之比為2/0.8/0.2，沉淀劑實(shí)際用量是理論用量的3倍，反應(yīng)48 h后能夠制備類水滑石納米材料，并且產(chǎn)物具有較好的熒光性質(zhì)。將上述鹽濃度、陽(yáng)離子比例條件與Brij97六角相溶致液晶相結(jié)合，也同樣制備了具有熒光性質(zhì)的類水滑石。這表明溶致液晶微反應(yīng)器法通用性強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)層層組裝與煅燒制備了含稀土元素、具有熒光性質(zhì)的