納米氧化鐵、半導體量子點及其復合粒子的制備與性能研究.pdf

1、隨著納米科學的不斷發(fā)展，各種新型納米材料和制備手段不斷涌現(xiàn)，材料的性能不斷提高。隨著對納米材料研究的不斷深入，納米材料逐步走向多功能化。多功能的納米材料不僅具有多樣化的性能，更有強大的應(yīng)用潛力。于此同時，納米科學正在經(jīng)歷著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展階段，開發(fā)符合產(chǎn)業(yè)化要求的納米材料也是當今納米材料制備所面臨的一個重大挑戰(zhàn)，為此科學工作者們正在不斷努力，使納米材料這門新興科技產(chǎn)業(yè)更多的融入到人們的日常生活。
　　 為了開發(fā)具有高性能、多功能及實

2、用性的納米材料，本文選擇在諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的且具有許多奇特性能的氧化鐵和半導體量子點為題材，通過一些比較簡單環(huán)保的方法來獲得高性能、構(gòu)造奇特的氧化鐵納米顆粒、半導體量子點及其復合物。通過X射線衍射分析(XRD)、穆斯堡爾譜儀、差熱熱重(TDA-TGA)、電子色散能譜(EDS)、透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、振動樣品磁強計(VSM)、紫外-可見分光光度計、熒光分光光度計、紅外可見光譜(FT-IR)、比表面積分析儀(BET

3、)等多種分析測試手段，對合成的產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)、成分、形貌、磁性能、光性能以及多孔材料的比表面積和孔徑分布進行了表征和分析。通過研究表征結(jié)果，得出了如下主要結(jié)論：
　　 1、在空氣氣氛和室溫的條件下，通過高能球磨α-FeOOH制得了平均粒徑為18nm的α-Fe2O3。通過穆斯堡爾譜、XRD及TGA-TDA等表征手段對球磨過程中α-FeOOH到α-Fe2O3的轉(zhuǎn)變過程進行分析，得出的球磨機理為：α-FeOOH原料粉末在球磨的撞擊過程中

4、顆粒逐漸減小，經(jīng)過球磨一段時間后其尺度小到使其變?yōu)槌槾判缘男☆w粒，這些超順磁的α-FeOOH小顆粒又在球磨過程中脫水生成了α-Fe2O3顆粒。
　　 2、通過在聚乙二醇4000(PEG4000)存在的條件下，熱分解乙酰丙酮化鐵制得了直徑在100nm到200nm的Fe3O4多孔納米球。這種納米球是由直徑8nm左右的Fe3O4納米粒子組裝而成，其比表面積達到87.5 m2/g，多數(shù)孔徑小于4nm。Fe3O4多孔納米球的飽和磁化強度

5、達到56.4 emu/g；磁測量和穆斯堡爾譜測量結(jié)果表明產(chǎn)物表現(xiàn)出超順磁性。實驗表面PEG的濃度和聚合度對產(chǎn)物形貌有很大影響，并得出介孔Fe3O4多孔納米球的形成機理是：在足夠高的PEG4000濃度下，PEG4000分子間因交聯(lián)作用相互纏繞而形成網(wǎng)絡(luò)，使得處于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的Fe3O4納米粒子也隨之組裝起來，最后形成了具有多孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。
　　 3、通過改變CdSe量子點的保存條件來研究其熒光性能的變化，發(fā)現(xiàn)在有光照的條件下，CdSe量

6、子點的熒光強度顯著增強，量子產(chǎn)率在保存期間持續(xù)增強，在保存了44天后量子產(chǎn)率達到36.6％。XRD和pH值的測量結(jié)果推斷，CdSe量子點表面發(fā)生的光誘導的分解作用以及溶解于樣品溶液中的O2在量子點表面發(fā)生的反應(yīng)，消除了CdSe量子點表面的部分缺陷，是量子點的熒光產(chǎn)率提高的主要原因。CdSe量子點的量子產(chǎn)率增強的過程可以用一個延展的指數(shù)函數(shù)來擬合，擬合的結(jié)果與實驗現(xiàn)象基本相符，說明CdSe量子點量子產(chǎn)率的增強動力學可能是CdSe量子點表面

7、分階段的變化的過程。
　　 4、通過原位復合制得了CdS/α-Fe2O3復合納米粒子，TEM表征表明α-Fe2O3納米粒子的粒徑為50nm左右，復合樣品中附著于α-Fe2O3納米粒子表面的CdS粒子的粒徑為5nm左右。EDS分析結(jié)果表明，通過改變制備過程中CdS原料的量，可以改變復合樣品中CdS的包覆量。復合粒子具有一定熒光性能，不同CdS的包覆量的兩種復合粒子的量子產(chǎn)率分別為1.18％和1.32％。在甲基橙溶液的光催化實驗中發(fā)

8、現(xiàn)CdS/α-Fe2O3復合納米粒子對甲基橙的降解率α-Fe2O3納米粒子以及α-Fe2O3和CdS的混合粒子都有所改善，其主要原因是復合粒子表面發(fā)生了電荷分離。
　　 5、實驗制備了一種新型的含有Fe3O4和CdSe量子點的納米復合材料。FT-IR結(jié)果表明：兩種粒子通過連結(jié)在CdSe量子點表面的還原型谷胱甘肽的氨基和羧基分別與包裹在Fe3O4表面的淀粉羥基發(fā)生氫鍵作用和部分酯化作用，最終形成了淀粉包裹兩種粒子的Fe3O4-Cd

9、Se復合結(jié)構(gòu)。Fe3O4-CdSe復合粒子的粒徑在100nm左右；具有良好的磁響應(yīng)性，其飽和磁化強度達到48 emu/g；樣品同時具有良好的分散穩(wěn)定性。與不同發(fā)射波長的CdSe量子點復合的樣品，在熒光顯微鏡下可以清晰的觀察到復合樣品所發(fā)出的不同顏色的熒光。阿霉素吸附實驗表明復合樣品對阿霉素具有較高的飽和吸附量，可以達到1.18mg阿霉素/mg復合粒子。吸附動力學曲線和FT-IR分析結(jié)果表面，阿霉素在復合樣品上的吸附是一個化學吸附與物理吸

10、附并存的狀態(tài)，其中化學吸附是由于阿霉素的羧基與谷關(guān)甘肽的氨基縮合形成酰胺鍵，物理吸附是由于阿霉素與淀粉及谷胱甘肽之間形成分子間氫鍵作用。當阿霉素在復合樣品上達到飽和吸附的時候，物理吸附占主導地位。阿霉素在PBS7.4緩沖液中的脫附是一個緩慢的過程，在脫附進行94小時候，脫附率為65.2％。VSM結(jié)果表明吸附阿霉素的復合樣品仍具有較高的飽和磁化強度，其數(shù)值可以達到28.3emu/g。由此可見，F(xiàn)e3O4-CdSe復合粒子具有較好的磁性能、