微乳模板性質(zhì)及在納米材料合成中的應(yīng)用研究.pdf

1、形貌和性能的控制是納米材料制備的主要目標(biāo)。微乳軟界面模板法制備納米材料具有結(jié)構(gòu)、尺寸可控，實(shí)驗(yàn)條件溫和，操作簡單等特點(diǎn)，已成為納米材料合成中最具應(yīng)用前景的方法。研究微乳模板界面性質(zhì)、微結(jié)構(gòu)對(duì)晶體生長的誘導(dǎo)和控制效應(yīng)是制備不同形貌、光電和催化性能納米材料的關(guān)鍵。 為研究合成納米顆粒的分散性，論文首先以電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)證明了曲拉通(TritonX-100)微乳體系中微乳液滴以簇體或分散狀態(tài)存在，并計(jì)算了液滴的水核半徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2、以微乳水熱法合成ZnO為例，提出了微乳界面和不同分子量聚乙二醇(PEG)對(duì)ZnO生長過程的協(xié)同控制機(jī)理。Zn(NO3)2溶液中PEG400濃度為12.5％或25.0％時(shí)，微乳界面強(qiáng)度增加，ZnO(0001)方向的生長得到控制，合成了直徑50-80nm、長度80-100nm的單分散ZnO納米柱。PEG400濃度為50％時(shí)，合成了粒徑約45nm的球形顆粒，并存在一定程度的團(tuán)聚現(xiàn)象。水核尺寸(2-20nm)小于顆粒粒徑(40-200nm)，說

3、明顆粒生長過程中液滴發(fā)生了重組合并或界面強(qiáng)度降低。PEG400濃度由0.0％，12.5％，25.0％，50.0％逐漸增加時(shí)，氧化鋅的帶寬由3.06eV，3.02eV，2.95eV，2.85eV逐漸降低，低于主體氧化鋅能帶3.37eV，表明合成的ZnO材料吸收波長向可見光紅移，吸光范圍增加。 論文將控制ZnO晶體生長的W/O微乳模板擴(kuò)大到不同界面強(qiáng)度的雙連續(xù)相、O/W微乳區(qū)域，在不同區(qū)域合成了粒徑6-10nm的TiO2顆粒。并通過

4、控制水熱溫度調(diào)節(jié)同一微乳體系界面膜強(qiáng)度，制備了不同形貌和催化活性的TiO2顆粒。水熱溫度由120℃逐漸升高到350℃，微乳界面波動(dòng)增加、強(qiáng)度減弱，合成的顆粒結(jié)晶度提高，大小和晶體尺寸均增大，比表面積逐漸降低，TiO2顆粒由球形轉(zhuǎn)化為棒狀和方形。其中在200-350℃溫度范圍內(nèi)合成的TiO2顆粒催化活性為0.086-0.097min-1，高于或接近商品化P-25 TiO2顆?；钚?0.091min-1)，這緣于材料結(jié)晶度提高，光電子和正空

5、穴重新結(jié)合幾率降低。 為進(jìn)一步控制TiO2的結(jié)構(gòu)和形貌，將TritonX-100微乳模板延伸到高界面強(qiáng)度雙表面活性劑分子2-二乙基已基酯磺酸鈉/大豆卵磷脂軟模板。鈦酸異丙酯在模板水通道和油相界面迅速水解，水通道結(jié)構(gòu)保持完整，制備了多孔TiO2材料。剪切處理該模板使其水通道排列方向一致，并以此制備了孔道同向排列的TiO2多孔材料，其通孔可使更多的光能進(jìn)入到材料內(nèi)部，增大材料對(duì)光的吸收效率，其催化活性較非剪切模板制備的材料有所提高，