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聚合物辅助合成具有壳层结构的纳米微球及其性能研究

孟庆男  
【摘要】:具有壳层结构的纳米微球按其结构和组成,主要可以分为三类,即核壳纳米微球,中空纳米微球和铃铛型纳米微球。相对于具有单一组份和简单结构的纳米微球,具有壳层结构的纳米微球可以将多种组份在纳米尺度上复合,实现多功能的集成;并且其结构多样,可以依据不同的应用需求进行设计和调控。因此受到了研究人员越来越多的关注,并被广泛应用于催化、生物医疗、能源储存、气体检测以及自组装等领域。聚合物在具有壳层结构的纳米微球的合成中,具有其独特的作用,通过合理的设计,不但可以简化合成步骤,还可以对产物的结构进行调控,获得性能的提升。 在本论文中,我们着重研究聚合物与无机纳米微粒或者无机盐间的多种超分子相互作用(如静电作用、配位作用等)。我们利用这些相互作用,结合胶体化学的基本手段(如溶胶凝胶法、自组装法、溶剂热法等),建立起了一系列简单有效的方法,制备了多种具有壳层结构的纳米微球。我们考察了聚合物在这些纳米微球形成中所起的作用,以及聚合物对产物结构和性能的影响。在第一部分中,我们利用聚烯丙基二甲基氯化铵与SiO_2纳米微球的静电作用,通过湿法刻蚀的方法制备了SiO_2中空纳米微球,并将微球应用于染料和蛋白质吸附。在第二部分中,我们利用聚丙烯酸和Mn离子的配位作用及复合物的自组装性能,制备了聚丙烯酸/Mn离子复合胶团。通过对胶团进行原位包覆SiO_2,然后煅烧的方法,我们得到了氧化锰负载的SiO_2中空纳米微球,并将微球应用于催化降解有机染料。在第三部分中,我们利用天然高分子阿拉伯树胶的粘附作用,一锅法合成了阿拉伯树胶包覆的Fe_3O_4纳米微球,通过简单的N2气氛热处理的方法我们制备了Fe_3O_4@C核壳纳米微球,并对产物作为锂电池正极材料的电化学性能进行了评估。


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