桑晓明[1]2004年在《聚苯乙烯掺杂纳米TiO_2和SiO_2材料的制备、表征和性能研究》文中进行了进一步梳理聚苯乙烯是惯性约束聚变(ICF)中最有前景的靶丸材料,在聚苯乙烯中掺掺入少量高Z(原子序数)元素,可具有某些特殊性能或能提供一定的诊断信息。直接将纳米尺度的掺杂物引入聚苯乙烯体系,是靶材料掺杂研究的重要内容之一。本文首次采用原位聚合和熔融共混方法,制备了聚苯乙烯掺杂纳米TiO_2和SiO_2材料。借助SEM、TEM、EDS、XRD、XPS和FTIR等手段分析了偶联剂和超声波分散作用对纳米粉体表面修饰的效果,并对掺杂材料的力学性能、热性能和纳米粒子在聚苯乙烯基体中的分散性进行了测试和评价。结果表明:纳米TiO_2表面修饰处理后,表面的C元素含量增加,并有P元素出现,表面的羟基和羰基密度降低,热失重率增大,说明偶联剂在纳米TiO_2表面发生了化学作用;修饰处理使纳米TiO_2表面极性降低,团聚程度减小,分散性提高。纳米TiO_2为锐钛型结构,表面修饰使TiO_2晶粒尺寸减小、表面无定型层变厚。原位聚合制备的聚苯乙烯掺杂纳米TiO_2材料中,引入纳米TiO_2使聚苯乙烯的分子量增大,在低含量下,掺杂纳米TiO_2使聚苯乙烯的拉伸性能提高,纳米TiO_2在聚苯乙烯基体中分散比较均匀,平均粒径小于100nm,纳米TiO_2和聚苯乙烯之间存在一定的作用,纳米TiO_2的加入使得掺杂材料的玻璃化转变温度增大,耐热性能提高。掺杂一定量的纳米SiO_2和TiO_2可以提高熔融共混法制备的聚苯乙烯掺杂材料的力学性能,起到增强增韧的作用,不同的偶联剂的作用效果不同,表面修饰过的纳米SiO_2和TiO_2在聚苯乙烯基体中分散比较均匀。熔融共混法制备的聚苯乙烯掺杂纳米SiO_2和TiO_2材料的热分解温度向高温移动,Tg增大。采用不同方法进行热分解动力学研究结果表明,纳米粒子的加入使聚苯乙烯掺杂材料的热分解速率降低,活化能增大。
杜明春[2]2008年在《半导体、金属纳米材料的制备及其性能研究》文中研究表明(1)在有机相制备了高质量CdSe量子点,然后将CdSe量子点从有机相向水相的转移。通过X射线衍射(XRD)、X射线能量散射分析(EDX)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、荧光光谱(FL)、透射电子显微镜(TEM)表征,证实了CdSe量子点的生成。从叁个不同的方面对所制备的CdSe量子点的荧光性能进行研究:1.通过交替滴加的方式在CdSe量子点表面生长CdS,其荧光强度明显增强,CdSe/CdS复合纳米颗粒表现出双荧光的特性;2.通过正硅酸乙酯(TEOS)的直接水解制得CdSe@SiO_2纳米颗粒,考察了不同量SiO_2包裹对CdSe量子点荧光性能的影响,通过紫外光照射的方式动态考察了SiO_2包裹对CdSe量子点荧光稳定性的影响,实验表明,随着CdSe量子点表面层SiO_2厚度的不断增加,所制备样品的荧光强度逐渐减弱,然而由于SiO_2对CdSe量子点表面的钝化作用,致使其荧光稳定性有所增强;3.在所制备的CdSe量子点水相溶液中直接加入PAMAM,具体考察PAMAM分子对CdSe量子点荧光性能的影响,并在紫外灯照射条件下动态考察了溶液中PAMAM/CdSe纳米颗粒的荧光变化情况,实验表明,PAMAM分子有效地保护了CdSe量子点,并增强其荧光性能。(2)以硒粉为硒源,Pb(Ac)_2·3H_2O为铅源,油酸作保护剂,研究了在高沸点溶剂液体石蜡中制备PbSe量子点的新途径,并将所制备的PbSe量子点由有机相转移到水相。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能量散射分析(EDX)对反应生成物的形貌及组成进行表征,证实了形状规则且尺寸均匀的高质量PbSe量子点的生成。讨论了此制备途径的反应机理。(3)利用溶胶—凝胶法制备了纯TiO_2及掺杂Ce4+的TiO_2薄膜。样品的形貌通过扫描电子显微镜(SEM)进行表征,在水溶液中降解亚甲基蓝测试其光催化性能。实验结果表明,在400℃焙烧温度下,掺杂0.5 wt. % Ce4+的TiO_2薄膜表现出最佳的光催化活性。(4)用共沉淀法(CPT)制备了SrTiO_3光催化剂及Fe_3O_4/SrTiO_3复合光催化剂。通过紫外-可见漫反射光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量散射分析(EDX)对其进行表征,以甲基橙为探针分子考察其光催化性能。结果表明,适量Fe_3O_4的掺入可明显提高SrTiO_3光催化剂对可见光的吸收,从而增强其光催化性能;在光降解甲基橙的反应中,掺杂10 at. % Fe_3O_4的SrTiO_3光催化剂其催化活性是纯SrTiO_3光催化剂的两倍。(5)用H_2还原H_2PtCl6制备了掺杂Pt纳米颗粒的PEDT/PSS导电聚合物薄膜。通过紫外可见吸收光谱(UV-vis)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量散射分析(EDX)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对所制样品的物理化学性质进行表征,通过标准四电极法具体考察了Pt掺杂对PEDT/PSS薄膜电导率的影响。结果表明,PEDT/PSS薄膜中的Pt纳米颗粒分布均匀;Pt掺杂可有效提高PEDT/PSS薄膜的导电性能。
汪瑾徽[3]2009年在《二氧化钛基空心球的制备及光催化性能》文中研究说明开发高比表、高活性、可见光响应的高效光催化材料是光催化领域的研究热点,人们对TiO_2光催化剂的掺杂、贵金属沉积、负载等改性方法进行了广泛研究。多孔空心球材料、核壳结构材料和大孔材料具有稳定性好、密度低、比表面积大等特性,在催化反应、光电子器件、环境保护等领域应用前景广阔。本论文结合水热、溶胶-凝胶、模板等合成技术,合成了以TiO_2为主的一系列半导体金属氧化物的多孔空心球、核壳和大孔结构光催化剂。研究了不同催化剂的的形貌、结构、组成及光催化性能,采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外、热重-同步热差和紫外-可见吸收光谱等技术手段进行了表征。在紫外光照射条件下以亚甲基蓝溶液的光催化降解为探针反应,考察了产品的光催化活性。主要结果如下:1.设计了一种小巧智能型悬浮式光催化反应装置,具有光照强度均匀、光利用率高、传质速率快、反应时间自动控制、取样快捷方便和安全可靠等优点,能够较为科学准确地研究光催化剂的活性和光催化反应的影响因素。2.用葡萄糖为原料,水热合成了富含活性官能团的炭微球模板,利用沉积-表面反应法制备了锐钛矿型TiO_2、WO_3和W掺杂TiO_2空心球,考察了W掺杂量和煅烧温度对W-TiO_2空心球的光催化活性的影响;溶胶-凝胶法制备了TiO_2多孔光催化剂,研究了炭微球用量对其光催化活性的影响。3.用葡萄糖和AgNO_3为原料,水热合成了富含活性官能团的Ag@C核-壳微球模板,沉积-表面反应法制备了Ag/TiO_2、Ag/AgCl/TiO_2和Ag/WO_3空心球催化剂,溶胶-凝胶法制备了Ag/NiO、Ag/SnO_2和Ag/WO_3具有大孔结构的材料。4.利用分散聚合法制备出单分散PS微球,用浓硫酸改性得到磺化PS微球。以其为模板,在水热条件下合成了Fe-TiO_2-PS、Fe-TiO_2、α-FeO(OH)-PS和α-Fe_2O_3空心球催化剂,研究了Fe掺杂量对Fe-TiO_2空心球光催化活性的影响;结合模板法和溶胶凝胶法,制备了大孔TiO_2光催化剂,考察了煅烧温度其光催化活性的影响。5.用溶胶-凝胶法制备了SiO_2粒子和纳米Ag粒子修饰的Ag/SiO_2复合粒子,以葡萄糖为炭源通过水热反应对Ag/SiO_2进行炭包覆,得到表面富含活性官能团的Ag/SiO_2@C核壳结构粒子,以其为模板制备出了Ag/SiO_2@TiO_2核壳结构催化剂,并对其光催化活性进行了研究。
周娟[4]2014年在《等离子增强型TiO_2复合催化剂的制备及性能研究》文中提出面对日益严重的环境污染、能源消耗,有效地降解治理污染物和开发利用清洁能源迫在眉睫。Ti02作为光催化剂,具有良好的物理化学稳定性、无毒、低廉,以及合适的氧化还原电位,可广泛应用于降解水体或气体中的污染物、裂解水制氢等方面,因而成为当前材料科学研究领域的热点。用大于其禁带宽度的光照射TiO2,可以激发电子-空穴对,从而参与到氧化还原反应中,推动反应的进行。但是,在实际应用中,Ti02本身存在两大障碍：(1)宽禁带(锐钛矿相为3.2eV,金红石相为3.0eV),只能利用占太阳光中很小比例的紫外光；(2)高光生载流子复合率。这就极大地限制了其光催化活性。为了克服这些不利因素,提高Ti02的光催化效率,研究者们从以下几个方面进行了大量的改进工作：金属纳米颗粒修饰、宽／窄禁带半导体复合、染料敏化、金属/非金属离子掺杂等。其中,贵金属纳米颗粒有着特殊的电子结构、良好的传导率和低的折射率。其突出的光学特性,即强的表面等离子体共振(SPR)可有效放大入射光电场强度,在TiO2的改进中,起着重要作用。本论文在设计、制备Ti02-贵金属纳米颗粒复合材料的基础上,对Ti02与贵金属纳米颗粒的复杂相互作用过程和机制及其对光催化性能的影响进行了深入研究。具体展开了以下几方面工作：(1)设计了离子自组装和原位还原相结合的方法,在聚苯乙烯微球(PS)的表面制备出粒径均匀、可控,高度稳定并具有良好催化效果的金纳米颗粒(AuNPs)。这种制备方法可以通过改变PS球表面的氨基数量、氯金酸含量等参数来实现对PS-Au核壳结构纳米复合微球中AuNPs的致密程度及粒径的调控,进而调节PS-Au复合微球的局域等离子体共振。这种制备方法的设计与实现为负载型催化剂的制备提供了技术路线。在硝基苯酚的加氢催化测试中,PS-Au复合微球体现出了具有尺寸效应的催化活性；即在金颗粒质量相同的条件下,粒径越小,催化性能越好。(2)设计并系统制备了一种新型的宽光谱响应、多壳层SiO2-Ag-SiO2-TiO2复合光催化剂。这种催化剂以SiO2球作核,Ag纳米颗粒做内壳层,随后就是薄的Si02次外层,最外层为氮掺杂TiO2。在此体系中,致密的Ag纳米颗粒在可见光区域有很强的等离子共振峰。次外层的Si02将Ag与Ti02隔开,并且通过调节Si02夹层厚度(从1、2、5、8、12到20nnm),进而调控Ag NPs的局域表面等离子体与Ti02的相互作用,从而提高Ti02的光催化性能。光催化降解罗丹明B (RhB)的实验结果显示,这种多壳层结构是宽光谱响应的高活性的光催化剂,并且光催化效率与Ag壳层以及SiO2夹层厚度有关。结合不同光照条件下的光催化测试结果,系统讨论了N掺杂TiO2与等离激元的耦合机理,并建立了清晰的两者相互作用的物理图像；系统分析了影响复合光催化剂性能的因素,揭示了多壳层结构增强光催化活性的主要原因为Ag纳米颗粒的局域等离子共振效应和散射效应。(3)通过改进的种子生长法成功制备N掺杂的锐钛矿TiO2负载的银核-银金合金壳层双金属纳米颗粒,即TiO2-Ag@AgAu复合光催化剂。在一系列的不同Ag/Ti摩尔比的TiO2-Ag复合颗粒中选取可见光催化活性最强的复合纳米颗粒作种子,进一步制备TiO2-Ag@AgAu双金属复合纳米颗粒。通过调整加入的氯金酸用量,调节Ag@AgAu NPs中Ag/Au的比例,从而调控局域等离子体共振峰位。用罗丹明B的光降解实验测试样品的光催化活性,结果表明：(a)N掺杂TiO2具有可见光响应；(b) TiO2-Ag@AgAu (Ag/Au=1:0.2)复合纳米颗粒具有最强的可见光催化活性。系统分析了影响TiO2-Ag@AgAu复合光催化剂光催化性能的因素,包括：(a)肖特基势垒高度,(b)Ag原子和Au原子之间的相互作用,(c)由局域表面等离子共振引起的电子转移,(d)局域表面等离子共振引起的指向TiO2的能量转移,(e)肖特基势垒引发的电荷转移,即空穴向金属转移,以及(f) TiO2激发产生的Forster共振能量转移。本论文通过N掺杂、单贵金属、双贵金属修饰等方法来拓展TiO2对可见光的吸收和利用,目的是提高和促进电子-空穴对的产生和分离,增强复合光催化剂性能。通过结构设计与制备,制备了高效率的TiO2基复合光催化剂,分析了这些改进方法对TiO2光催化活性的影响机制,为进一步提高TiO2光催化活性,设计新型复合光催化剂提供了技术路线和理论依据。
胡振华[5]2015年在《可见光响应的TiO_2纳米颗粒的制备、表征及光响应特性研究》文中认为半导体光催化材料,尤其是锐钛矿相二氧化钛(TiO2),在解决环境污染与能源短缺方面表现出巨大的潜力。但是,锐钛矿相TiO2由于受其带隙宽度(3.2eV)的限制,仅对太阳光中的紫外光有响应。因紫外光占太阳光的含量不到5%,且紫外辐射对人体有一定损害,这在一定程度上限制了TiO2的实际应用。近年来,人们采用多种方法,如元素掺杂、材料纳米化等,来减小和调节TiO2的禁带宽度,从而期望将其光学吸收边从紫外区红移至可见光区。因此,具有可见光响应TiO2的制备和相关性能研究是当前国内外的热点课题。本论文在调研和分析前人研究工作的基础上,我们经过研究首次发现,通过改变TiO2前驱物的煅烧氛围,如选用非活性气体-高纯氮气,可获得颜色变化、禁带宽度可以调节、具有可见光响应的锐钛矿相TiO2。我们将该方法成功应用于一系列微纳尺度的TiO2颗粒,如纳米颗粒、亚微米实心球、亚微米空心球、以及磁性可回收的复合颗粒等。我们系统地研究了此类颗粒的可见光响应性能,如光吸收性能、光催化活性、光电转换性能等。本论文的主要研究内容和创新点归纳如下:1、采用溶胶-凝胶的方法,成功制备了单分散性TiO2亚微米实心球前驱物;并经过随后的高温煅烧,获得了锐钛矿相的单分散TiO2亚微米实心球。高温煅烧的气氛和温度对样品的颜色及光吸收特性有很重要的影响。实验发现:空气中煅烧的样品呈白色,仅对400 nm以下的紫外光有强吸收,且几乎不随煅烧温度变化;而高纯氮气中煅烧的样品颜色随煅烧温度的升高,从浅灰色(400℃)变到灰黑色(500-600℃)并最终变成黑色(800℃)。其光吸收特性显示不仅对紫外光有强吸收,而且对可见光也有强吸收,且随煅烧温度的升高逐渐增强。进一步的实验表明样品颜色的变化是由于其禁带宽度的减小而引起的。高纯氮中煅烧的样品,其禁带宽度远小于空气中煅烧的样品(3.19 eV),且随煅烧温度的升高逐渐变小,即从400℃的2.81 eV减小至800℃的1.63 eV。X射线衍射、拉曼光谱、X光电子能谱等表征分析均显示实验所得样品为纯锐钛矿相TiO2,且未发现掺有碳、氮等杂质。光催化降解有机染料RhB的实验发现,黑色样品在可见光和紫外光下的催化活性很低,而且即使是白色样品,其紫外光催化活性也远小于P25纳米粉末。可能原因是亚微米的颗粒尺寸导致光生载流子的体内复合几率大大增加。2、为了获得高效的可见光光催化性能,采用溶胶法制备获得了纳米尺度的TiO2前驱物,并通过选用高纯氮气为高温煅烧氛围,获得了具有可见光吸收的黑色TiO2纳米粒子(尺寸约为22 nm)。其禁带宽度为2.05 eV,远小于空气中煅烧的样品值(3.13 eV)。此类黑色TiO2纳米粒子因小的颗粒尺寸和大的比表面积,可将光生载流子有效传输至颗粒表面降解有机染料分子,从而表现出了很强的可见光光催化活性。此类黑色TiO2纳米还可应用于可见光催化分解水制氢和太阳能电池。3、为了检验上述采用高纯氮气高温煅烧制备可见光响应TiO2的方法是否适用于其它微纳结构,我们采用模板法制备了TiO2亚微米空心球。采用与上述相同的高纯氮气高温煅烧法,成功获得了具有可见光响应的黑色TiO2亚微米空心球。该结果再次表明,高纯氮气高温煅烧法是获得可见光响应的有效方法。此类空心球因其独特的中空结构和构成壳层的纳米颗粒,表现出了优于亚微米实心球的光催化活性。在此基础上,进一步制备了具有可见光响应的TiO2与亚铁磁Fe3O4复合的粒子。实验表明,此类粒子在外磁场下具有较快的磁响应。因此,人们通过使用此类复合粒子作光催化剂,有望在光催化降解污染物中实现催化剂的磁性回收与再利用。
王明贵[6]2017年在《基于二氧化钛空心复合材料的制备及其光催化性能研究》文中认为21世纪,环境污染和能源匮乏是人类社会面临的亟待解决的重大问题。半导体光催化技术在利用太阳能和解决环境污染方面有着广泛的应用前景。在众多氧化物半导体光催化材料中,二氧化钛(TiO2)半导体光催化材料以无毒、价廉、稳定性好和光催化活性高等优点被广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌、自清洁材料和分解水制氢等领域。但是半导体二氧化钛禁带宽度较宽,只能吸收太阳光中的紫外光部分,同时由于光催化过程中二氧化钛表面光生电子-空穴对的快速重组使量子效率较低,严重阻碍了二氧化钛在实际生活中的应用。针对上述难题,本论文以具有高比表面积及渗透性良好的二氧化钛空心球为基材,通过结构调控、复合改性、掺杂等方法提高二氧化钛光吸收范围及减缓光催化反应过程中光生电子-空穴对的复合速率增强其光催化活性。主要研究内容如下:1.r-GO/Au/TiO2叁明治结构空心复合材料以氨基修饰的二氧化硅(SiO2)微球为模板,通过静电作用及溶胶法在其表面依次包裹氧化石墨烯(GO)、金纳米粒子(Au)及TiO2层,最后除去模板并高温煅烧得到具有高比表面积且可见光响应的夹层状r-GO/Au/TiO2空心复合材料。通过TEM、XRD、STEM、EDS mapping和N2吸附-脱附等方法对r-GO/Au/TiO2空心复合材料进行表征。通过在紫外光、可见光及模拟日光照射下降解有机染料罗丹明B、亚甲基蓝和甲基橙来评价所制备的空心复合材料的光催化性能。光催化性能研究结果表明r-GO/Au/TiO2复合催化剂在可见光及模拟日光下罗丹明B降解动力学常数分别达到了 0.012和0.029 min-1,与r-GO/TiO2催化剂相比(k=0.0023和0.017 min-1)分别提高了 4.3和0.75倍。可见光及模拟日光下降解亚甲基蓝、甲基橙也表现出较好的光催化活性。2.Au@r-GO/TiO2蛋黄-蛋壳结构复合材料在上章研究的基础上,通过结构优化,减少贵金属的用量,以Au@SiO2为模板,表面氨基修饰,在其表面包裹氧化石墨烯(GO)和TiO2层,最后经过高温煅烧和碱蚀刻除去模板得到比表面积大、可见光响应的叁元Au@r-GO/TiO2空心复合材料。通过TEM、XRD、HRTEM、EDS mapping、N2吸附-脱附及UV-Vis光谱等对Au@r-GO/TiO2空心复合材料进行表征。光催化活性研究结果表明,与Ti02、r-GO/TiO2和Au@TiO2相比,所制备的蛋黄-蛋壳结构Au@r-GO/TiO2复合催化剂在可见光及模拟日光下降解罗丹明B和光解水产氢中表现出更优越的光催化活性。3.TiO2/NiO空心复合材料贵金属由于价格昂贵,进一步通过与半导体氧化镍(NiO)复合制备非贵金属复合催化剂来提高TiO2的光催化性能。以SiO2微球为模板,在SiO2表面依次包裹TiO2和NiO,高温煅烧后碱蚀刻除去模板得到可见光响应的TiO2/NiO空心复合材料。通过TEM、HRTEM、XRD、UV-Vis、N2吸附-脱附及时间分辨荧光等方法对TiO2/NiO空心复合材料进行表征。研究结果表明,空心复合材料的组成和形貌主要取决于反应物浓度。材料表征发现与NiO复合之后空心复合材料的比表面积显着提高,从纯TiO2空心球的90.3 m2 g-1提高至114-180 m2g-1。所制备的TiO2/NiO空心复合材料与同条件下制备的TiO2空心球相比具有更高的光催化活性,当NiO含量为3.4 wt%时,TiO2/NiO复合催化剂在光催化降解有机污染物及光解水产氢中表现出最好的光催化性能。4.NiO/TiO2/C空心复合材料由于金属氧化物半导体内在导电性差的缺点阻碍了光催化反应过程中复合材料内部电子的有效转移,因此异质结光催化剂的光催化性能有待进一步提升。以聚苯乙烯(PS)微球替代SiO2微球为模板,以同样的实验条件包裹TiO2和NiO,最后通过煅烧过程制得NiO/TiO2/C介孔空心复合材料。通过TEM、HRTEM、XRD、UV-Vis和N2吸附-脱附等方法对NiO/TiO2/C空心复合材料进行表征。PS微球起到了双功能作用,不仅作为制备空心结构的模板还作为石墨化碳源。光催化降解有机污染物及光催化产氢活性研究结果表明NiO/TiO2/C(800℃)表现出最好的可见光光催化性能。与TiO2/NiO相比,石墨化碳的引入使得复合材料的光催化性能得到了进一步的提升,光催化产氢速率(356 μmol h-1 g-1)与TiO2/NiO 相比提升了 近一倍(180 μmol h-1 g-1)。5.C/N-TiO2空心复合材料非金属元素掺杂提高Ti02光催化活性的有效途径。以聚苯胺(PANI)为C/N掺杂源,PS/PANI为模板成功制备C/N-TiO2介孔空心复合材料。通过TEM、XRD、STEM、EDS mapping和N2吸附-脱附等方法对C/N-TiO2介孔空心复合材料进行表征。C/N共掺杂通过C、N2p轨道与O 2p轨道杂化可降低TiO2的禁带宽度,使掺杂后的TiO2光响应吸收边拓展到可见光的区域。与TiO2(600)空心球及C-TiO2(600)空心复合材料相比,可见光下光催化降解有机染料罗丹明B、苯酚及光分解水产氢研究结果表明碳氮共掺杂可显着提高Ti02的可见光光催化性能。C/N-TiO2(600)空心复合材料的光催化活性最高,光催化降解罗丹明B及苯酚的动力学速率常数分别为0.022及0.012 min-1;光催化分解水产氢速率达到最高为291μmolh-1g-1,对应的表观量子效率为0.9%。C/N-TiO2空心复合材料表现出的优异光催化性能表明其可作为潜在的低成本且性能好的可见光催化剂。
张念椿[7]2013年在《纳米微晶纤维素/金属/电介质杂化材料的制备与性能研究》文中认为以纳米微晶纤维素，纳米金属及二氧化硅等电介质组成的杂化结构材料是一类正在兴起的新型材料。通过高压均质法制备分散性好的纳米微晶纤维素，再以其为模板诱导使正硅酸乙酯(TEOS)在水解过程形成棒状物杂化物，该杂化物经过高温煅烧可以得到晶须状的碳化硅。以改性的二氧化硅为和聚苯乙烯微球为基，表面包覆或负载纳米银，以及将荧光染料包覆于电介质二氧化硅中可以得到不同功能化的杂化物，此类杂化物可以实现金属银和荧光物染料的多功能化特性。因而此类杂合材料被广泛应用于聚合物基的增强、抗菌、表面增强拉曼散射、生物医学等领域。本文报道了纳米微晶纤维素及碳化硅晶须的制备、并制备了Ag/SiO2、Ag/CNC、Ag/PS纳米结构杂化物及荧光物染料掺杂二氧化硅的杂合物，并讨论了聚合物基增强、抗菌、表面增强拉曼散射荧光标记等性能。全文共分五章。第一章概述纳米杂合物结构材料的研究意义和目的、常用的制备方法、基本性质、应用领域以及本论文研究的意义、主要内容和创新。第二章以物理机械法(高压均质的方法)制备了纳米微晶纤维素，并用相同的方法细化了低熔点的玻璃粉，并探讨了不同均质时间对纤维素及玻璃粉粒径等影响。所得到纳米微晶纤维素为棒状，分散性较好，同样该方法得到的玻璃粉粒径比均质前明显减小，分散性更好。另外还对均质后的玻璃粉的烧结温度和软化温度进行了研究，研究表明玻璃粉的粒径越小，其烧结温度和软化温度越低。第叁章用纳米微晶纤维素为模板及诱导剂，可以使TEOS在水解过程形成棒状的杂合物，该杂合物经过高温煅烧可合成晶须状的碳化硅，并对碳化硅的形貌和结构进行了表征。进一步将碳化硅晶须应用于聚苯乙烯基树脂的增强，碳化硅晶须增强的树脂力学性能有明显改善，相比于普通的聚苯乙烯，其中拉伸强度增加到原来的3倍，缺口冲击强度增加到8倍左右。通过CNC合成的SiC晶须显示了在聚合物基等领域的潜在的应用前景。第四章以改性的二氧化硅微纳球为载体，Fe3+为催化剂，DMF为还原剂制备了表面包覆好的Ag/SiO2杂化物，并探讨了有无催化剂和不同的反应温度对纳米银负载物的影响。将银纳米粒子包覆的杂合物应用于抗菌测试，展现除了优异的抗菌性能。另将荧光染料掺杂于改性的二氧化硅纳米球，得到的纳米杂合物大小均一，粒径在50～80nm之间，分散性好。荧光测试实验表明该杂合物仍保留原始荧光单体的性能，但荧光单体泄露可以明显改善，进一步应用于生物标记，发现在细胞中有明显的纳米荧光杂合物颗粒。第五章以制备了单分散性好的聚苯乙烯微球，并以聚苯乙烯微球和纳米微晶纤维素为基质，通过在PS微球表面吸附不同电荷，将Ag+还原为纳米银负载于聚苯乙烯表面上。该Ag/PS复合物应用于SERS增强实验，发现MB(亚甲基)的拉曼信号可以明显地提高。另外通过简单的方法超声还原法制备了纳米银负载纳米微晶纤维素杂合物，发现随着超声反应时间的增加，纳米银粒子不断地生长，超声反应60min时，CNC表面的纳米银大小均一，无明显团聚现象，但是超声时间80min时，纳米银变得更大，而且大小不均一。进一步应用抗菌实验，表明超声反应60min时，所得到纳米银负载的CNC杂合物具有较好的抗菌效果，该杂合物可应用于抗菌，生物医学等研究领域。
敏世雄[8]2006年在《共轭高分子/TiO_2复合材料的合成、结构表征及其光催化性能研究》文中提出共轭高分子具有丰富、可调的能带结构和宽的可见光响应范围，是强的供电子体和优良的空穴传输材料。自20世纪90年代以来，该类高分子与无机半导体纳米复合材料的光电转化性能的研究非常引人注目。本文通过高分子结构和合成方法的设计，合成了四种不同共轭结构的高分子PAF、PFF、PF和PANI与TiO_2的纳米复合材料，并将其成功地用作光催化材料，取得了令人满意的结果。深入探讨了合成方法、热处理条件对其结构与催化性能影响。本论文主要包括以下叁个方面的研究工作：1．利用高分子单体(单体混合物)在TiO_2纳米微粒表面的原位聚合，经适当的活化处理，成功地合成了两相间以强相互作用力结合在一起的PAF/TiO_2、PFF/TiO_2、PF/TiO_2和PANI/TiO_2(PANI-TiO_2)纳米复合材料；以TICl_4的乙醇溶液作催化剂使高分子单体或单体混合物发生聚合或共聚，经适当的热处理合成了PFF-TiO_2和PF-TiO_2纳米复合微粒。2．对于以上几种纳米复合材料进行了合成方法、热处理条件和催化活性的研究。实验发现：合成方法、工艺条件对它们的催化性能有很大的影响，且通过合成路线、热处理条件的优选，不仅可以使PAF、PFF、PF和PANI与TiO_2之间形成强相互作用，同时还可以使纳米复合微粒获得最佳的催化活性。在优化条件下所制得的该类催化材料能够在5～10 min，甚至更短的时间内使染料分子彻底脱色并大部分降解。3．运用各种技术(元素分析、DTA-TG、XRD、TEM、IR和UV-Vis等)对纳米复合微粒进行了结构表征，利用UV-Vis和IR光谱分析、COD等技术对MB在复合催化剂上的降解程度进行了研究。结果表明：(1)TiO_2在共轭高分子材料中的引入，不同程度地降低或增加了高分子材料的热稳定性，对高分子材料的组成和结构有不同程度的影响，表现在元素分析和IR谱中，元素组成和高分子中特征基团的吸收峰位置和强度发生了变化。(2)选择合适的合成方法和工艺条件，可以制得共轭高分子与TiO_2纳米复合微粒；适当的热处理在使其活化的同时可以增加复合催化剂中高分子的不饱和程度；高分子的掺入可使复合材料能够吸收整个UV-Vis的光，共轭高分子中的一些极性基团(-C=O，-NH-和-OH等)与TiO_2之间存在一定的化学键合，这有利于光生电荷的有效分离，提高其催化性能。(3)该类复合催化剂均为深度矿化型催化剂，能使染料分子的结构在极短的时间内大部分被破坏，且具有良好的稳定性能、不会造成二次污染、无能耗、反应条件温和、反应设备简单、易于操作控制，是一类具有实用价值的环保型催化材料。
参考文献：
[1]. 聚苯乙烯掺杂纳米TiO_2和SiO_2材料的制备、表征和性能研究[D]. 桑晓明. 天津大学. 2004
[2]. 半导体、金属纳米材料的制备及其性能研究[D]. 杜明春. 苏州大学. 2008
[3]. 二氧化钛基空心球的制备及光催化性能[D]. 汪瑾徽. 大连理工大学. 2009
[4]. 等离子增强型TiO_2复合催化剂的制备及性能研究[D]. 周娟. 武汉大学. 2014
[5]. 可见光响应的TiO_2纳米颗粒的制备、表征及光响应特性研究[D]. 胡振华. 杭州师范大学. 2015
[6]. 基于二氧化钛空心复合材料的制备及其光催化性能研究[D]. 王明贵. 扬州大学. 2017
[7]. 纳米微晶纤维素/金属/电介质杂化材料的制备与性能研究[D]. 张念椿. 华南理工大学. 2013
[8]. 共轭高分子/TiO_2复合材料的合成、结构表征及其光催化性能研究[D]. 敏世雄. 西北师范大学. 2006
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