聚合物-金屬納米粒子自支持薄膜的液-液界面組裝.pdf

1、自支持聚合物膜既具有宏觀的尺寸，也有分子尺度的厚度，結(jié)合了宏觀材料和單個(gè)分子或納米粒子的特性;由于沒有基底的支撐，大大擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域，在傳感器、制動(dòng)器、納米器件和催化劑領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用，引起了人們極大的興趣。本論文采用了一種簡(jiǎn)便易行的方法，制備了聚合物基質(zhì)中包含功能性無機(jī)納米粒子的自支持復(fù)合薄膜。通過聚合物分子與金屬離子或者金屬配離子在液/液界面上的共吸附、相互結(jié)合以及復(fù)合分子的自組裝，得到了一種嵌有金屬離子或配離子的兩親聚合物

2、聚（2-乙烯基吡啶）(P2VP，Mw:121500)的復(fù)合薄膜。薄膜由平整的聚合物膜、微膠囊及微膠囊聚集而成的泡沫結(jié)構(gòu)組成。經(jīng)進(jìn)一步處理后，生成的金屬納米粒子（銀和鉑）均勻分散于薄膜內(nèi)，粒徑在2～4nm之間。研究表明，這一納米復(fù)合自支持薄膜具有很高的催化活性和良好的耐久性。
　　 1.嵌有銀納米粒子的聚合物自支持泡沫狀薄膜
　　 室溫下，在AgNO3水溶液和聚合物氯仿溶液形成的液/液界面上，組裝得到了嵌有Ag+的自支持聚

3、合物P2VP薄膜。透射電子顯微鏡(TEM)觀察表明，平面狀的薄膜上分散有微膠囊和由微膠囊組成的泡沫結(jié)構(gòu)，沒有觀察到Ag納米粒子。該薄膜的紅外光譜(FTIR)證實(shí)，在復(fù)合結(jié)構(gòu)中，Ag+離子與P2VP分子上的吡啶基之間存在配位作用。經(jīng)過紫外光照射和KBH4水溶液進(jìn)一步處理以后，觀察到有平均粒徑為3.2nm的Ag納米粒子生成，且均勻鑲嵌在聚合物基質(zhì)中。X-射線光電子能譜(XPS)表明，處理前的樣品中銀以Ag+的形式存在，而處理后的樣品中以原子

4、形式存在。紫外-可見(UV-vis)光譜也證實(shí)了處理后銀納米粒子的生成。這些結(jié)果均與TEM研究相一致。熱重分析(TGA)表明，復(fù)合薄膜具有很好的熱穩(wěn)定性。從熱重曲線可以計(jì)算出薄膜中銀含量約為24％，與計(jì)算值很相近。我們還通過水溶液中KBH4還原硝基化合物的反應(yīng)評(píng)價(jià)了復(fù)合膜的催化性能，所使用的硝基化合物包括分子大小不同的硝基苯、對(duì)硝基苯酚和對(duì)硝基苯甲酸。結(jié)果表明復(fù)合薄膜具有高效、持久的催化性能。由于銀納米粒子被包裹在基質(zhì)中，因此，催化反應(yīng)

5、的速率常數(shù)與硝基化合物的分子的大小有關(guān)。這說明，反應(yīng)的速率除與納米粒子的粒徑、分布等有關(guān)外，還與反應(yīng)物分子的擴(kuò)散速率有關(guān)。
　　 2.嵌有鉑納米粒子的聚合物自支持泡沫狀薄膜
　　 室溫下，在P2VP氯仿溶液與氯鉑酸水溶液形成的液/液界面上制各了嵌有PtCl62-和PtCl42-配離子的聚合物(P2VP)的自支持薄膜。薄膜由薄層和游離及相互粘連在一起的微膠囊組成。FTIR研究證明了薄膜中質(zhì)子化的吡啶基的形成，說明金屬配離子

6、是依靠其與質(zhì)子化的吡啶基之間的靜電相互作用相結(jié)合的。TEM觀察并沒有發(fā)現(xiàn)鉑納米粒子的形成，但薄膜的XPS分析表明，膜中存在兩種配離子，即PtCl62-和PtCl42-，說明在薄膜的形成過程中，部分的PtCl62-被還原成了PtCl42-。我們認(rèn)為，這是有機(jī)相中所含有的少量乙醇所致。經(jīng)KBH4水溶液處理后，鑲嵌在聚合物基質(zhì)中的鉑配離子轉(zhuǎn)變成了平均粒徑為2.2nm鉑納米粒子。XPS也證實(shí)了鉑納米粒子的生成。我們對(duì)處理前后的薄膜做了熱重分析。