PMMA微球表面過渡金屬氧化物殼層聚集體的研究.pdf

1、以形貌和尺寸剪裁為目的的材料合成研究,是材料研究領(lǐng)域的一個重要方向?，F(xiàn)代的材料應用已經(jīng)不僅僅取決于材料的物相組分,而對材料的精細結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。過渡金屬氧化物具有優(yōu)異的電磁、光電以及催化等性能,廣泛應用在固體催化、光催化、擇形分離、微型電磁裝置、光致變色材料、電極材料以及信息儲存等領(lǐng)域。近年來,由納米次級顆粒聚集而成的各種過渡金屬氧化物形貌體的調(diào)控合成成為研究熱點。納米顆粒聚集體材料一方面秉承了塊體材料的宏觀性能優(yōu)勢,有序的組裝次

2、級納米顆粒,避免納米尺寸材料的無序團聚;其宏觀形貌結(jié)構(gòu)特征可以根據(jù)實際應用進行剪裁調(diào)節(jié)。另一方面其特殊的結(jié)構(gòu)層次兼有納米顆粒的表面效應、體積效應、量子尺寸效應等,擁有一系列新穎的物理和化學特性。
　　 在合成過程中,過渡金屬氧化物晶體趨向于異向生長,容易形成大晶體而失去納米顆粒的特性,且難以聚集成形。本論文設(shè)想采用PMMA聚合物微球為模板,利用PMMA分子中螯合基團的功能,在高分子微球表面富集過渡金屬離子,并誘導生成氧化物納米晶

3、粒;這些晶粒在合適的結(jié)晶環(huán)境中生長并自組裝,形成具有球殼層結(jié)構(gòu)的聚集體形貌。這種對稱弧形結(jié)構(gòu)的球殼形貌聚集體有望產(chǎn)生基于材料結(jié)構(gòu)特點的特殊性能。
　　 論文中首先對PMMA微球進行表面活化處理,強化微球表面對過渡金屬離子的配位作用。選擇合適的沉淀劑,使結(jié)晶中心趨向于在PMMA微球表面優(yōu)先成核。最后經(jīng)陳化反應,在PMMA微球表面形成由次級顆粒聚集而成的過渡金屬氧化物晶體殼層。采用SEM、XRD、FEM、TGA、IR、XPS等現(xiàn)代分

4、析測試手段,對材料的微觀結(jié)構(gòu)、物相、物理性質(zhì)等進行表征。用UV測試表征了材料的光吸收性能。初步探討了基于PMMA微球為模板、過渡金屬氧化物殼層聚集體的形成機理。
　　 氧化鋅是材料研究領(lǐng)域的熱點。它是一種性能優(yōu)異的寬帶半導體材料,具有特殊的光、電、催化性能。氧化銅作為一種重要的過渡金屬氧化物,具有多種催化活性,在C1化學合成、Nox還原和氣敏材料、鋰離子電池、場發(fā)射器、氧電極催化等領(lǐng)域顯示出良好的應用前景。論文以這兩種過渡金屬氧

5、化物為目標產(chǎn)物進行研究。研究發(fā)現(xiàn),通過常溫常壓的溶液法可以在PMMA微球表面合成過渡金屬氧化物顆粒緊密聚集的殼層結(jié)構(gòu)。不同的陽離子反應物、沉淀劑、陳化反應溫度、溶液pH值、陳化反應時間等是影響殼層顆粒尺寸、形貌、聚集形態(tài)和致密度的主要因素。形成的核殼結(jié)構(gòu)復合材料,殼層由過渡金屬氧化物顆粒緊密組裝而成。其中氧化鋅顆粒尺寸約100 nm,氧化銅顆粒尺寸200 nm-300 nm。復合物顯示出特殊的UV-Vis吸收特性,內(nèi)核PMMA的熱分解溫

6、度延后50℃-100℃。通過放大的電鏡照片可以看出,殼層聚集體有明顯的孔結(jié)構(gòu)特征,富于材料高比表面積的同時,還有一定的擇形透過性。
　　 對殼結(jié)構(gòu)聚集體的形成機理研究表明,PMMA微球的表面活化處理是表面優(yōu)先成核結(jié)晶的前提。氮、氧等原子的協(xié)同配位作用,以及功能基團在高分子鏈上的序列排列,對過渡金屬陽離子在PMMA微球表面的富集提供了電荷與空間構(gòu)型基礎(chǔ)。沉淀劑的選擇是誘導晶體在PMMA表面異相結(jié)晶,避免晶體體相結(jié)晶的關(guān)鍵。研究結(jié)果