盐模板法制备空心纳米结构的研究

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随着纳米科学技术的发展,空心纳米结构的制备掀起了研究者们广泛的兴趣。空心纳米材料具有独特的结构特征和物理化学性质,如表面积大、密度低和承载能力高,使其在纳米反应器、催化、能量存储、光学和生物医学等领域具有广阔的应用前景。然而,现有的合成方法存在效率低、成本高和环境不友好等问题,制约了空心纳米结构的广泛应用。针对空心纳米结构在制备过程中面临的问题和挑战,本文开发了一种新的合成方法—盐模板法,该方法绿色、简单、高效、经济和可扩展。主要的研究内容和结果如下:在第一部分工作中,我们研究了盐模板法制备空心纳米结构的机理,并成功制备了单分散空心SiO2纳米结构。同时实现了对空心SiO2纳米结构的尺寸、厚度、孔隙率以及形貌的调控:(1)通过控制盐模板的成核、生长过程,制备了不同尺寸的SiO2空心球。(2)通过添加不同量外壳材料的前驱体,制备了不同厚度的单分散SiO2空心球。(3)采用热水刻蚀法,实现了对SiO2空心球孔隙度的调控。(4)通过改变盐模板的析出条件,制备出空心SiO2立方结构。此外,为了证明盐模板法合成空心纳米结构的通用性,我们还研究了:(1)不同溶剂对空心SiO2纳米结构生长的影响。(2)用盐模板法制备其他空心结构材料,成功制备了空心纳米结构的聚多巴胺和氮掺杂碳。与其他模板法相比,盐模板法制备空心纳米结构过程简单、方法绿色且成本低。在第二部分工作中,盐模板法被扩展到复合材料的合成中。通过调控不同反应温度,制备出两种不同结构的Ag@SiO2复合材料。实验表明,当反应温度为35℃时,Ag颗粒的生长速率较SiO2壳的生长速率更慢,Ag纳米颗粒留在Si02壳内,形成了 Aglarge@SiO2结构。当反应温度控制在15℃时,Ag颗粒的生长速率较SiO2壳的生长速率更快,Ag纳米颗粒留在Si02壳上,形成了 Agsmall@SiO2结构。随后,我们将两种结构的复合材料作为催化剂,研究其催化4-硝基苯酚还原降解的实际效果。Agsmall@SiO2催化剂在13 min内可以将4-硝基苯酚转化为4-硝基苯氨,转化率为99%,相同转化率下,使用Aglarge@SiO2催化剂需要24 min。本工作制备的Ag@Si02催化剂具有优异的催化效率和良好的稳定性,与报道中的其他贵金属基催化剂(Au、Pd、Ru等)相比,该催化剂合成工艺简单、方法绿色环保,具有明显的价格优势和产业化前景。
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