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低维纳米材料由于结构的多样性和特殊的理化性质,在催化、光电子器件、生物医学、分离分析以及环境科学等方面有广阔的应用前景。研究表明,纳米材料的理化性质不仅与材料组成和结构相关,而且很大程度上取决于纳米材料的微观形貌、聚集状态等一些细微特征。另外,没有任何一种方法能适用于所有纳米结构的合成。从大量研究结果的比较我们发现,材料的微观形态和聚集状态往往因为制备方法的不同而展现出较大的差异。因此,如果能另辟蹊径,设计一些新颖的合成路径来制备纳米材料,不仅可以丰富纳米材料的合成方法学,而且通过生长机制和相关性质的研究,可以深化对材料形成过程的认识,为纳米材料的控制生长,形态与性质的相关性研究提供一些参考。
基于这些考虑,本论文针对几个方面作了一些有益的探索,通过有机分子与无机组分的相互作用,来实现低维纳米结构的控制合成,并对材料生长过程中出现的一些基础化学问题进行探讨,得到了以下主要结果:
1,有机无机杂化纳米结构的溶剂热合成与性能研究。在聚乙烯基吡咯烷酮(PVP K-30)存在条件下,以乙二醇为溶剂,在较低的温度条件下进行溶剂热反应,合成了碱土金属,过渡金属苯基膦酸盐纳米片,纳米带,纳米线,以及一些复杂的二次组装结构;并对材料的结构、组成、形成机理和理化性质进行了初步的研究。
2,硫化物纳米材料的分子前驱物法合成与性能研究。在前期成功制备苯基膦酸盐纳米材料的基础上,我们考虑使用苯基磷酸(铅、镉、锌)盐为超分子前驱物,使之与硫化试剂作用,得到了不同形貌特征和聚集状态的硫化物纳米粒子;并分析了不同产物之间的差异以及与前驱物之间的相互关联。另外,我们还使用含硫配位试剂与金属离子(锑、铋)结合,形成配位化合物,在相对温和的条件下进行溶剂热反应,使之发生热分解来制备具有新颖形貌特征的硫化物纳米材料。并对反应过程中得到的新颖纳米结构的形成机制进行分析,此外,我们还发现小分子的引入对反应动力学、产物的形成、生长和组装过程都产生很大的影响,并测试了这些纳米材料相应的光学性质。
3,铁氧体空心球纳米材料的表面活性剂控制合成与性能研究。我们设计了一条制备铁氧体( ZnFe2O4、CoFe2O4)纳米空心球的新途径,通过表面活性剂与金属离子的相互作用,来实现纳米粒子的形态控制与组装。结合表面活性剂作用模型和捕捉到的一些由纳米粒子构成的过渡态结构,提出了在此反应条件下纳米空心球的形成机理;并对ZnFe2O4进行了磁学性能的研究,磁性测试结果表明,这些ZnFe2O4纳米微结构在18.06K出现磁结构的转变,不同于以往报道的块材和纳米颗粒。