十二烷基硫酸鈉-聚乙烯吡咯烷酮軟物質(zhì)團簇為模板制備含鎳納米粒子的研究.pdf

1、表面活性劑和大分子之間能夠通過自組裝形成軟物質(zhì)團簇，相應領域一直是國內(nèi)外的研究熱點之一。金屬離子與軟物質(zhì)團簇之間存在相互作用，利用軟物質(zhì)團簇的有序自組裝、結(jié)構(gòu)、形狀和尺度可調(diào)的特征，可將其作為軟模板制備尺度、形狀可調(diào)的金屬或金屬合金納米粒子。 本文以陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)和水溶性非離子大分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形成的軟物質(zhì)團簇為研究對象，通過表面張力法、熒光探針技術(shù)、激光光散射、超濾及紫外可見分光光度法研究

2、其與金屬離子的相互作用，探索金屬離子的存在對SDS和PVP形成軟物質(zhì)團簇結(jié)構(gòu)的影響。表面張力結(jié)果表明，金屬離子的存在不改變SDS與PVP的超分子作用方式，當SDS濃度達到第一臨界濃度c1時，SDS即簇集到PVP分子鏈上，與PVP發(fā)生締合；金屬離子濃度增加有利于SDS簇集到PVP鏈上，并使表面張力下降幅度加強，同時c1減小而c2增大。二價離子比單價離子具有更強的降低表面張力的能力，其降低表面張力的能力按如下順序變化：Li+＜Na+＜K+＜

3、Ni2+≈Cd2+≈Cu2+。超濾實驗表明，鎳離子在軟團簇上的締合量隨SDS濃度升高而逐漸增多，鎳離子以反離子的形式與表面活性劑相締合，通過這種作用，鎳離子在束縛膠束表面的濃度相對較高，一旦締合在SDS-PVP團簇上的鎳離子被還原，周圍的PVP分子能立即吸附到粒子表面，減小粒子的進一步長大。穩(wěn)態(tài)熒光探針結(jié)果表明，束縛膠束聚集數(shù)Nb隨SDS濃度增加而增大，且在一定范圍內(nèi)是SDS濃度的單調(diào)遞增函數(shù)；鎳離子濃度增加，束縛膠束聚集數(shù)減少，而相應

4、表面張力并沒有降低或降低程度小，意味著簇集在PVP鏈上的束縛膠束數(shù)目的增多。微環(huán)境極性研究結(jié)果表明，隨著SDS濃度的增加，束縛膠束微環(huán)境極性減小，即束縛膠束中的表面活性分子排列趨于緊密；鎳離子濃度增加，束縛膠束微環(huán)境極性增加。因而，在形成團簇范圍內(nèi)調(diào)節(jié)SDS的濃度或金屬離子濃度，可以初步確定PVP分子鏈上形成的SDS束縛膠束的多少，從而調(diào)節(jié)單個束縛膠束之間的距離，達到對團簇模板進行調(diào)控的目的。SDS-PVP水溶液中存在PVP分子無規(guī)線團

5、、SDS束縛膠束和SDS-PVP團簇。光散射實驗結(jié)果表明，SDS濃度增加，溶液中形成的SDS-PVP團簇粒子逐漸增多；PVP濃度增加，SDS與PVP的結(jié)合位點增多，有利于SDS在更多的PVP鏈上形成較多SDS束縛膠束，而較大的團簇粒子減少；鎳離子濃度增加，有利于形成較小的團簇粒子。 在對SDS-PVP團簇與金屬離子相互作用研究的基礎上，以團簇體系為軟模板，采用液相還原法制備金屬及合金納米粒子，并對團簇的模板作用進行探討。

6、 (a)以SDS-PVP團簇為模板，水合肼為還原劑，在水相中還原鎳離子制備鎳單質(zhì)。XRD測試表明制備出的鎳為晶態(tài)，呈面心立方結(jié)構(gòu)，平均粒徑為16nm。在無氮氣保護情況下制備出的鎳粒子沒有被氧化，表明SDS-PVP軟團簇對產(chǎn)物具有一定的保護作用。TEM照片表明，反應初期制備出的鎳粒子粒徑在納米范圍，粒子形狀不規(guī)則，粒子周圍有包覆層，F(xiàn)T-IR證明為SDS-PVP模板包覆。激光粒度分布測定表明這些鎳粒子的粒徑主要分布在18-38nm。SEM

7、分析表明，反應最終制備出的鎳粒子為球形，呈現(xiàn)出一種特殊的仙人球形貌，直徑約0.5-3.0μm；這種鎳球是由許多線狀小鎳晶疊合在一起而形成，小鎳晶半徑約20nm，與XRD測出的16nm基本吻合。隨著SDS濃度增加，鎳球變小，這一現(xiàn)象說明SDS-PVP團簇對鎳粒子的粒徑能起到一定的調(diào)控作用。 (b)以SDS-PVP團簇為模板，NaBH4為還原劑，還原NiCl2制備鎳-硼非晶態(tài)合金納米粒子。XRD結(jié)果表明，產(chǎn)物呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。TEM照片