鎢酸鉛納微米材料的生物模板法制備與性能研究.pdf

1、利用生物體的組成部分或植物的汁液制備無機(jī)納微米材料,與傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法相比,具有操作簡單、反應(yīng)溫和、無毒副產(chǎn)物排出等優(yōu)點,且反應(yīng)原料廉價易得,同時制備的無機(jī)材料具有優(yōu)良的形貌和發(fā)光性能,又可以有效去除污水或土壤中的重金屬離子等環(huán)境污染物,因此是一種制備無機(jī)納微米材料的綠色合成方法,目前受到了越來越多的科研工作者的青睞。本論文選用我們生活中常見的田螺厴片、鴨蛋膜等生物體的組成部分作為生物硬模板,在常溫、常壓下制備了納微米級的無機(jī)發(fā)光材料

2、鎢酸鉛晶體;選用番茄汁作為反應(yīng)物和生物軟模板,還原PbO2并誘導(dǎo)鎢酸鉛的生成。對影響反應(yīng)的因素及鎢酸鉛晶體的形成機(jī)理也進(jìn)行了研究和探討。
　　本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.利用厴片作為生物模板成功制備了具有不同形貌和尺寸的單晶鎢酸鉛,并利用SEM、EDX、TEM、SAED、XRD和熒光光譜等對產(chǎn)物鎢酸鉛的形貌、組成、物相以及室溫發(fā)光性能等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,在厴片模板的作用下制得的鎢酸鉛晶體具有獨特的形貌和良好的熒光

3、發(fā)光性能。對不同反應(yīng)時間的掃描電鏡和熒光光譜的動力學(xué)研究表明,隨著反應(yīng)時間的增加,鎢酸鉛的尺寸逐漸增大、形貌逐漸由不規(guī)整的球形顆粒轉(zhuǎn)變成分布均勻的梭型,鎢酸鉛的熒光發(fā)光性能也隨著反應(yīng)時間的增加而增強,這說明厴片在鎢酸鉛制備過程中確實起到了模板作用,而且厴片的誘導(dǎo)作用可以明顯地改善鎢酸鉛晶體的熒光發(fā)光性能。當(dāng)在以厴片為模板的條件下加入甘氨酸作為添加劑以后,鎢酸鉛的形貌有所改變,但晶型沒有發(fā)生變化。另外,結(jié)合以上的檢測和分析結(jié)果以及對厴片的

4、紅外光譜分析,我們對該反應(yīng)體系中鎢酸鉛單晶的可能的形成機(jī)理進(jìn)行了初步探討。
　　2.蛋殼膜厚大約70μm,含有大量的蛋白質(zhì)(90％)、脂質(zhì)體(3％)和糖類(2％)等有機(jī)分子,在蛋殼的形成過程中起到了重要的誘導(dǎo)調(diào)控作用。本文利用鴨蛋膜可以誘導(dǎo)蛋殼生物礦化的特性,直接利用新鮮的鴨蛋膜上的膜蛋白與Pb2+離子作用,在鴨蛋膜的內(nèi)表面和外表面一步合成了具有獨特的形貌和獨特的發(fā)光性能的鎢酸鉛晶體,并對產(chǎn)物進(jìn)行了SEM、XRD、熒光光譜測試,同

5、時探討了反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)時間對產(chǎn)物的形貌和熒光發(fā)光性能的影響,并借助元素分析和紅外光譜探討了反應(yīng)的機(jī)理。結(jié)果表明,在鴨蛋膜內(nèi)表面得到的產(chǎn)物的形貌(球形、花狀、紡錘狀、束狀等)與在外表面同等濃度下生成的產(chǎn)物的形貌(菱形、六邊形、刺球狀等)相比有很大的不同。內(nèi)外表面各種反應(yīng)物濃度下得到的產(chǎn)物的所有衍射峰都可歸屬為純的四方鎢鉛礦,只是內(nèi)外表面上得到的晶體的取向生長趨勢有所不同。產(chǎn)物的熒光光譜表明內(nèi)表面所得產(chǎn)物具有更優(yōu)良的發(fā)光性能。對反應(yīng)機(jī)理

6、的探討過程中,用曲線擬合分析了鴨蛋膜所含蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)在浸泡過硝酸鉛溶液前后的變化情況,發(fā)現(xiàn)膜蛋白與鉛離子之間的相互作用使得蛋白質(zhì)的構(gòu)象更加有序,說明這些有序的蛋白質(zhì)在鎢酸鉛的形成過程中起到了誘導(dǎo)作用。
　　3.番茄汁液中含有豐富的維生素、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、碳水化合物及有機(jī)酸等。這些生物分子不但含有柔性的分子鏈,而且還含有還原性的分子基團(tuán),因此它們既可以作為還原劑制備無機(jī)材料,又能作為模板,誘導(dǎo)生成的晶體有序地生長。本文在室溫下利

7、用番茄汁液把鉛酸蓄電池正極的主要成分PbO2還原成Pb2+,最終制備了鎢酸鉛晶體。利用紫外光譜(UV-vis)對反應(yīng)的動力學(xué)過程進(jìn)行了跟蹤測試,通過XRD，SEM和熒光光譜等對產(chǎn)物進(jìn)行表征,研究了不同的pH和反應(yīng)物濃度對產(chǎn)物的影響,并對反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討。結(jié)果表明得到的產(chǎn)物有良好的形貌和優(yōu)良的發(fā)光性能,改變反應(yīng)的pH和濃度可以對產(chǎn)物的形貌和發(fā)光性能進(jìn)行調(diào)控。機(jī)理探討中發(fā)現(xiàn)番茄維生素C等生物分子參與PbO2的還原過程,而且誘導(dǎo)調(diào)控了鎢酸鉛