二氧化硅空心球及核殼結(jié)構(gòu)的制備與形成機(jī)理研究.pdf

1、本論文研究和發(fā)展了低溫液相化學(xué)合成路線制備二氧化硅基微球型納米材料及納米復(fù)合材料的技術(shù)，探索如何在溫和的條件下實(shí)現(xiàn)對低維納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形貌的控制。采用簡單的溶膠凝膠法、水熱合成法制備出非晶低維納米結(jié)構(gòu)、具有高度對稱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體與非晶微球的復(fù)合材料以及核殼型包覆結(jié)構(gòu)納米材料，并提出相應(yīng)的生長機(jī)理。取得的具體研究結(jié)果歸納如下： 1、以聚合電解質(zhì)(如：聚丙烯酸PAA、聚丙烯酸鈉PAA-Na、聚甲基丙烯酸鈉PMA-Na)在不良溶劑中形

2、成的球形聚集體為模板，在含有氨水的乙醇溶液中，以正硅酸乙酯(TEOS)為硅源前驅(qū)物，水解、聚合的產(chǎn)物經(jīng)離心洗滌后，可除去聚合電解質(zhì)而得到大量的二氧化硅的空心球。實(shí)驗(yàn)過程中，聚合電解質(zhì)、氨水以及正硅酸乙酯的濃度，對最終產(chǎn)物的分散性、粒徑有著顯著的影響，通過系統(tǒng)改變這些上述實(shí)驗(yàn)因素，可以對二氧化硅空心球的內(nèi)徑在20～400 nm、壁厚在幾十納米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)控。 2、利用本實(shí)驗(yàn)室合成出來的具有高度幾何對稱結(jié)構(gòu)的凹陷十四面體硫化銅微晶，

3、并從荷蘭版畫大師M．C．Escher的木雕作品“Stars”中得到啟示，在硅烷偶聯(lián)劑——3-氨丙基三甲氧基硅烷(APS)——的輔助作用下，把通過經(jīng)典的Stober方法制備的單分散的、各種粒徑大小的二氧化硅微球(30 nm、130 nm、730 nm)填充到晶體的凹面中去。APS與硫化銅晶體形成氫鍵和金屬配位鍵連接；烷氧基與二氧化硅小球表面的羥基脫醇形成共價(jià)鍵連接。在適當(dāng)?shù)膬煞N無機(jī)物質(zhì)質(zhì)量配比以及APS用量條件下，可以制備得到完美的二氧化

4、硅小球包覆、填充十四面體硫化銅凹面的復(fù)合材料，豐富了晶體表面自組裝的內(nèi)涵。 3、碳和碳基材料在電化學(xué)、吸附劑、催化劑載體等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。應(yīng)用低溫水熱法，將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、二氧化硅微球引入到葡萄糖的碳化、聚合過程中；碳化的物質(zhì)以直徑為100 nm的二氧化硅微球?yàn)楹藢?，形成核殼形包覆結(jié)構(gòu)，碳層厚度在25～50 nm可控，能夠有效抑制膠體碳球單獨(dú)成核生長。有趣的是，在碳與二氧化硅之間有一層空隙，這為金屬、氧化物、半