草酸盐材料的仿生合成及形貌控制

【摘要】：近年来,具有特殊尺寸和形貌的无机新型材料的可控合成已经吸引了越来越多的关注,因为这些材料在催化,医药,电子,陶瓷,颜料,化妆品等领域有着广泛的应用前景。通常,材料的形貌控制比尺寸控制更加难以取得和达到。然而,生物系统,利用生物大分子作为成核剂、协同调节剂或基质,能够精确地控制生物矿化过程,导致具有特殊形貌和功能的有机无机复合材料(如贝壳、骨头、牙齿以及许多其它生物矿化材料)的形成。通过仿生合成的方法制备具有复杂形貌和特殊晶型的无机晶体已经成为当前材料研究中的热点,具有重要的意义。本论文利用有机高分子作为晶体生长改性剂,合成了不同形貌和相结构的草酸盐材料。 首先,我们采用聚苯乙烯-马来酸交替共聚物(PSMA)作为晶体生长改性剂,通过一个简单的沉淀反应在室温下合成了具有不同形貌和相结构的草酸钙晶体。并分别用扫描电镜和粉末X射线表征其形貌和相结构。各种反应条件,例如溶液的pH值,反应物中阴阳离子的摩尔比率,PSMA和草酸钙的浓度对形貌的影响被详细研究和讨论。发现通过改变实验条件可以合成不同形貌的草酸钙晶体,如平行四边形,片状,球形,八面双锥体等;较高的PSMA浓度有利于形成二水草酸钙晶体(COD),而较低的pH有利于形成片状的颗粒。特别当pH等于2,有PSMA存在时,单分散的平行四边形颗粒能够被制备。 然后,我们研究了另一种有机高分子聚苯乙烯磺酸钠(PSSS)在不同实验条件下对草酸钙晶体形貌和晶相的影响。实验发现,溶液的pH值,反应温度,PSSS和草酸钙的浓度对产品的形貌,相结构,颗粒大小有着明显的影响;各种各样形貌的草酸钙,如片状、树叶状、八面双锥形、棱柱体等形貌能够被制备出来;较高的PSSS浓度和反应温度分别有利于形成二水草酸钙(COD)和一水草酸钙(COM)。 最后,我们利用相同的实验方案研究了草酸锶在PSMA溶液中的晶化行为。同时,还考察了各种实验参数,包括溶液的pH值,陈化时间,PSMA的浓度对草酸锶形貌和相结构的影响。通过改变实验条件,合成得到了八面双锥形,棒状,花生状,球形草酸锶粒子。实验发现,PSMA有助于促进二水草酸锶(SOD)的形成;合适的pH值(pH 7～8)有利于形成花生状草酸锶颗粒。