植物葉片分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化物以及生物氮摻雜二氧化鈰的制備和研究.pdf

1、經(jīng)過幾億萬年的進(jìn)化，自然界產(chǎn)生了各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)聯(lián)系著不同的生物功能。仿生是現(xiàn)代新材料開發(fā)的一個(gè)重要手段，其中遺態(tài)制備是仿生的一個(gè)分支。遺態(tài)制備利用自然生物材料為模板而得到具有生物結(jié)構(gòu)的遺態(tài)材料。材料性能和結(jié)構(gòu)有關(guān)，由于遺態(tài)材料融合了自然生物結(jié)構(gòu)和人工功能成分，容易得到新的或改進(jìn)的性能。除了形態(tài)遺傳，遺態(tài)制備還涉及成分遺傳，是指遺態(tài)材料繼承了生物模板中的成分。 本研究作了兩方面的嘗試。一方面，以植物葉片為模板制備了具有分

2、級(jí)結(jié)構(gòu)的遺態(tài)氧化物，包括以樟樹葉子和夾竹桃葉子為模板制備二氧化鈰以及以紅楓葉子為模板制備摻Eu硅酸鈣。另一方面，以生物質(zhì)為氮源制備摻氮氧化物，包括以大米和大豆為氮源制備摻氮二氧化鈰。對(duì)這些材料針對(duì)微觀形貌、成分、納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)、氧活性、熒光特性、吸光特性等進(jìn)行了表征，包括X射線衍射、X光電子能譜、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、透射電鏡、等溫氮?dú)馕?、程序升溫還原、raman光譜、紫外-可見光吸收、熒光光譜等。所得主要研究結(jié)論如下： 1.以樟樹葉

3、子和夾竹桃葉子為模板制備了遺態(tài)二氧化鈰。遺態(tài)二氧化鈰具有分級(jí)孔結(jié)構(gòu)。在微米尺度上，繼承了葉子模板的微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)；在納米尺度上，具有10nm以下較窄的孔徑分布。相對(duì)于沒有模板的一般二氧化鈰樣品，遺態(tài)二氧化鈰的比表面積增加了。程序升溫測(cè)試表明，遺態(tài)二氧化鈰具有更高的低溫氧活性，是由于其分級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)表面積的提升而更有利于低溫吸附氧。 2.以紅楓葉片為模板制備了遺態(tài)摻Eu硅酸鈣。遺態(tài)摻Eu硅酸鈣具有分級(jí)結(jié)構(gòu)，在微米尺度繼承了原始紅楓葉

4、片的形貌，如維管束、氣孔、表皮細(xì)胞等；在納米尺度具有三級(jí)孔分布。相對(duì)于無模板的一般摻Eu硅酸鈣樣品，遺態(tài)摻Eu硅酸鈣的比表面積、孔容都大大提高了。具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的遺態(tài)摻Eu硅酸鈣在紫外-可見光區(qū)域具有更大的光吸收，特別是在藍(lán)紫光區(qū)域。熒光測(cè)試表明，遺態(tài)摻Eu硅酸鈣的熒光效率更高，可以歸因于其分級(jí)結(jié)構(gòu)所引起的更有效光吸收效率。 3.以生物質(zhì)（大米、大豆）為氮源制備摻氮二氧化鈰。通過鈰鹽浸泡生物質(zhì)和燒結(jié)的方法制備了二氧化鈰。X光電子能