絲蛋白納米纖維調(diào)控合成納米氧化鐵及其機(jī)理研究.pdf

1、鐵作為自然界中儲(chǔ)量最大的金屬，其氧化物納米材料在光、電、磁等方面表現(xiàn)出卓越的性能，從而在能量存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，然而納米氧化鐵的水分散性、充放電過(guò)程中能量的嚴(yán)重衰退等問(wèn)題一直是有待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。另外，絲蛋白由于具有可控的納米結(jié)構(gòu)與二級(jí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于組織再生、藥物釋放、光電應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域。特別是最近幾年，以絲蛋白為模板調(diào)控納米材料的生成，在納米材料形貌控制，提高材料穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出優(yōu)異性能。
　　本學(xué)位

2、文主要以具有特定結(jié)構(gòu)的絲蛋白為模板，利用其可控自組裝納米結(jié)構(gòu)調(diào)控合成不同形貌及不同功能的納米氧化鐵，并且還對(duì)它們的形成機(jī)理進(jìn)行了研究。同時(shí)，本論文工作還研究了這些不同形貌納米氧化鐵材料在磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和電學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。論文主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　?。?）絲蛋白納米纖維模板法制備橄欖狀中空碳復(fù)合四氧化三鐵（Fe3O4/C）納米材料。絲蛋白納米纖維為模板、氯化鐵為原料，通過(guò)水熱法、Ar煅燒法合成了大小可控、形貌可控的橄欖狀中空Fe

3、3O4/C納米材料。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中未添加任何其他化學(xué)試劑，簡(jiǎn)單方便。通過(guò)改變反應(yīng)體系中絲蛋白的含量和反應(yīng)時(shí)間，我們能有效地調(diào)控此納米球的形貌、尺寸與結(jié)構(gòu)；同時(shí)我們還提出了絲蛋白納米纖維對(duì)橄欖狀中空Fe3O4/C納米球的調(diào)控機(jī)理。將合成的Fe3O4/C納米球作為鋰電池負(fù)極材料，我們測(cè)定了此鋰電池的電學(xué)性能，結(jié)果表明Fe3O4/C納米球具有良好的充放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性，是一種潛在的鋰電池負(fù)極材料。
　?。?）石墨烯-絲蛋白納米纖維復(fù)合

4、材料模板法制備石墨烯復(fù)合三氧化二鐵（Fe2O3/Graphene）納米棒。鑒于石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)性能，本章研究采用水合肼還原氧化石墨烯的同時(shí)誘導(dǎo)絲蛋白形成納米纖維，然后以此石墨烯-絲蛋白納米纖維復(fù)合物為模板，采用水熱法合成了Fe2O3/Graphene納米棒。通過(guò)對(duì)不同反應(yīng)時(shí)間下產(chǎn)物的形貌與晶型進(jìn)行相關(guān)表征，我們還提出了Fe2O3/Graphene納米棒的形成機(jī)理。與此同時(shí)，我們將制備的Fe2O3/Graphene納米棒做為鋰電池負(fù)極

5、材料，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明Fe2O3/Graphene納米棒具有良好的充放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性，是一種潛在的鋰電池負(fù)極材料。
　?。?）絲蛋白模板法制備絲蛋白復(fù)合四氧化三鐵（Fe3O4/SF）納米材料。在乙二醇溶液中，絲蛋白自組裝形成納米線，然后通過(guò)溶劑熱法合成了形貌、尺寸均一的Fe3O4/SF納米球，并且通過(guò)改變絲蛋白的濃度來(lái)調(diào)控納米球的尺寸。通過(guò)不同反應(yīng)時(shí)間下產(chǎn)物的形貌與晶型的變化，我們還提出了絲蛋白調(diào)控合成 Fe3O4/SF納米

6、球的機(jī)理。與此同時(shí)，相關(guān)表征結(jié)果表明：Fe3O4/SF納米球具有很強(qiáng)的飽和磁場(chǎng)，可用于磁共振成像；同時(shí)，F(xiàn)e3O4/SF納米球表面的絲蛋白便于與其他生物分子相結(jié)合，可用于一些生物分子的富集與檢測(cè)；
　　（4）絲蛋白模板法、外加磁場(chǎng)誘導(dǎo)制備Fe3O4/SF納米鏈材料。絲蛋白在乙二醇溶液中形成納米線，然后以此絲蛋白納米線為模板，通過(guò)外加磁場(chǎng)、采用溶劑熱法合成了Fe3O4/SF納米鏈。同時(shí)，我們還通過(guò)不同條件下產(chǎn)物的相關(guān)表征初步探討了其

7、相應(yīng)的形成機(jī)理。
　　綜上所述，本學(xué)位論文以絲蛋白為模板，綠色地、可控地制備了多種形貌及功能的納米氧化鐵材料，并且還研究了其在磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和電學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。與此同時(shí)，本學(xué)位論文還通過(guò)研究不同形貌及結(jié)構(gòu)的納米氧化鐵的合成過(guò)程提出了相應(yīng)納米氧化鐵的形成機(jī)理。本論文研究結(jié)果表明：絲蛋白是一種理想模板；它能調(diào)控合成不同形貌、不同尺寸及不同功能的納米氧化鐵材料。這一研究結(jié)果進(jìn)一步拓寬了絲蛋白在功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用，為制備其他新材料提供了理論