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硅酸盐纳米材料的合成及其性能研究

杨琰  
【摘要】: 硅酸盐资源丰富、成本低廉、理化性能独特,在荧光材料、离子交换、催化、药物传递等领域具有广泛的应用前景,采用简单、绿色、经济的方法在维度和结晶度上可控合成功能性的硅酸盐纳米材料对于开发其新的应用价值具有重大意义。本论文围绕硅酸盐纳米材料的可控合成、纳米管材料的改性以及其在重金属离子去除、锂电池性能等方面的应用展开系列研究。 对于硅酸锌纳米材料,于乙醇/聚乙二醇体系中合成了无定形的零维空心球,探讨了其形成机制;于纯水相体系中合成了结晶度较好的一维纳米线、二维层状纳米薄膜;将合成的零维、一维、二维硅酸锌纳米材料应用于重金属离子去除实验,取得了较好的效果。同时,探讨了其去除机制,材料的结晶度对重金属离子的去除率有很大影响,无定形的零维硅酸锌空心球材料对所检测的重金属离子均呈现了很好的去除效果,同等实验条件下其对Pb(Ⅱ)离子的去除率约为硅酸镁空心球材料的2倍;对于结晶度较好的硅酸锌材料来说,其对重金属离子的去除率与材料的维度呈现一定的对应性,一维的纳米线材料对三价金属离子(Fe(Ⅲ)、Cr(Ⅲ))呈现了较好的去除效果,二维的纳米薄膜材料对二价金属离子(Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ))呈现了较好的去除效果。 对于硅酸镍纳米材料,于乙醇/聚乙二醇体系中合成了零维的核壳球和空心球;于纯水体系中强碱性条件下合成了高结晶度、热稳定性的一维纳米管材料,并将合成硅酸镍纳米管中的二价镍于水热条件下部分还原为镍纳米晶得到了具有磁性的纳米管,通过调节其水热还原的时间温度参数,可得到磁性可调的硅酸镍纳米管,为其在催化、药物传递等方面的应用提供了较好的基础;将合成的硅酸镍纳米管作为锂电池阴极材料应用于锂电领域,呈现了较好的循环稳定性能,说明其在锂电方面有一定的应用前景。 此外,进一步拓展了乙醇/聚乙二醇体系,合成了硅酸钴核壳球和空心球、硅酸镉系列纳米材料;探索了在水相体系中锗酸盐纳米材料的合成。


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