無(wú)機(jī)納米晶體與天然纖維素物質(zhì)復(fù)合材料的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)尤其是納米技術(shù)的飛速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多地發(fā)現(xiàn)即使組成完全相同的物質(zhì)，當(dāng)其處于不同的尺度時(shí)，將會(huì)具有截然不同的獨(dú)特性質(zhì)。例如，半導(dǎo)體納米晶體具有大塊半導(dǎo)體材料所不具有的優(yōu)異光學(xué)性能，金屬納米顆粒與大塊金屬相比也在諸如催化等眾多領(lǐng)域顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。正是如此，如何更好更高效地利用這些處于微觀納米尺度的無(wú)機(jī)晶體成為了近些年來(lái)新型材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。天然纖維素物質(zhì)作為一種廉價(jià)易得并且具有良好生物相容性的材料在制備新型復(fù)合材料領(lǐng)

2、域顯示出了其特有的優(yōu)勢(shì)。
　　本文利用不同的組裝或生長(zhǎng)技術(shù)，在天然纖維素物質(zhì)上固定上多種無(wú)機(jī)納米晶體，包括量子點(diǎn)，金屬納米顆粒，碳酸鈣晶體，從而使這些無(wú)機(jī)納米晶體從難以直接利用且不穩(wěn)定的分散液狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為多維乃至宏觀大塊的新型復(fù)合材料，擴(kuò)展了這些具有優(yōu)異性能的無(wú)機(jī)納米晶體的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。主要內(nèi)容如下:
　　(1)纖維素/CdSe量子點(diǎn)復(fù)合發(fā)光材料:首先利用鈦酸四丁酯在纖維素基底上沉積二氧化鈦凝膠薄膜，再將硬脂酸利用羧基與鈦的

3、配位作用沉積在其表面，最后通過(guò)合成得到的三辛基氧化膦與十六烷基胺包裹的CdSe量子點(diǎn)表面烷基與硬脂酸烷基鏈之間的疏水作用，制備得到纖維素/CdSe量子點(diǎn)復(fù)合發(fā)光材料。掃描電子顯微鏡的結(jié)果表明纖維素原有的三維復(fù)雜層次性結(jié)構(gòu)沒(méi)有任何破壞。透射電子顯微鏡中能夠看到在纖維素的納米纖維上均勻地分布有CdSe量子點(diǎn)顆粒。紫外—可見(jiàn)和熒光光譜表征表明了此復(fù)合材料很好地繼承了CdSe量子點(diǎn)的優(yōu)異光學(xué)性能，并且在熒光顯微鏡下能夠用肉眼觀察到明顯的綠色熒光

4、。不僅如此，通過(guò)把原本不穩(wěn)定的分散液狀態(tài)的CdSe量子點(diǎn)組裝到纖維素表面，不僅得到了宏觀大塊的發(fā)光復(fù)合材料，并且此材料的優(yōu)異發(fā)光性質(zhì)能夠維持長(zhǎng)達(dá)數(shù)月之久。
　　(2)一步水熱法制備纖維素/ZnS∶Mn量子點(diǎn)復(fù)合發(fā)光材料:在水熱反應(yīng)釜中加入纖維素，ZnS∶Mn量子點(diǎn)的前體物質(zhì)和聚乙烯亞胺，在180℃下反應(yīng)8h，利用一步水熱法成功地制備了纖維素/ZnS∶Mn量子點(diǎn)復(fù)合材料。透射電子顯微鏡的表征有力地證明了對(duì)不含有纖維素基底的ZnS∶M

5、n量子點(diǎn)來(lái)說(shuō)，聚乙烯亞胺的加入能夠很好地改善其分散性。同時(shí)，由于聚乙烯亞胺與纖維素材料之間的氫鍵相互作用作用，ZnS∶Mn量子點(diǎn)能夠更加均勻的組裝在纖維素的纖維之上，而不需要其他額外的修飾。X射線光電子能譜也進(jìn)一步地佐證了ZnS∶Mn量子點(diǎn)在纖維素表面的組裝。同樣的，此纖維素/ZnS∶Mn量子點(diǎn)復(fù)合材料在熒光顯微鏡下能夠觀察到穩(wěn)定且明顯的熒光現(xiàn)象。
　　(3)纖維素/雙金屬納米顆粒復(fù)合催化材料:利用表面溶膠-凝膠法在纖維素表面沉積

6、上二氧化鈦凝膠薄膜，再利用層層自組裝的方法，將帶有不同電性的聚電解質(zhì)和預(yù)先合成的五種不同組成的雙金屬納米顆粒通過(guò)靜電作用組裝到纖維素表面，制備得到了纖維素/雙金屬納米顆粒復(fù)合材料。掃描電子顯微鏡的表明了利用此方法得到的五種不同組成的復(fù)合材料保留了原始纖維素的三維復(fù)雜層次性結(jié)構(gòu)。透射電子顯微鏡中能夠明顯地看到Cu-Ag，Cu-Au，F(xiàn)e-Ag，F(xiàn)e-Au以及Au-Ag雙金屬納米顆粒均勻地分布在纖維素的纖維之上。紫外-可見(jiàn)光譜上能夠觀察到金

7、屬納米顆粒對(duì)應(yīng)的特征表面等離子體共振吸收峰。此五種纖維素/雙金屬納米顆粒復(fù)合材料都對(duì)硼氫化鈉還原對(duì)硝基苯分表現(xiàn)出了很高的催化活性，反應(yīng)原料液三次過(guò)濾經(jīng)過(guò)此復(fù)合材料后，轉(zhuǎn)化率均能夠高達(dá)95％以上，并且由于纖維素基底的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)物的分離和催化劑的循環(huán)再利用都明顯簡(jiǎn)單快捷的多。
　　(4)纖維素/文石型碳酸鈣晶體復(fù)合超疏水材料:利用表面溶膠-凝膠法在纖維素表面沉積上二氧化鈦凝膠薄膜，將其放在氯化鈣溶液中吸附鈣離子，再放在碳酸鈉溶液中使其表

8、面沉積上碳酸鈣的小晶核，最后放進(jìn)50℃的含有多種離子的地?zé)崴羞M(jìn)行碳酸鈣晶體的生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)48h后，在修飾有二氧化鈦凝膠薄膜的纖維素表面生長(zhǎng)上了高相純度的針狀文石型碳酸鈣晶體。通過(guò)對(duì)不同晶體生長(zhǎng)時(shí)間的樣品的表征發(fā)現(xiàn)，高相純度的文石晶體的形成經(jīng)歷了方解石型晶體的溶解和再結(jié)晶過(guò)程。當(dāng)在地?zé)崴猩L(zhǎng)時(shí)間超過(guò)24h后，最穩(wěn)定的方解石晶體逐漸溶解，并且由于二氧化鈦凝膠膜與地?zé)崴墟V離子等的作用，再結(jié)晶形成了針狀的文石晶體。此纖維素/文石型碳酸鈣晶體