纳米结构金属磷酸盐材料的可控合成和生物学性能研究

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通过模板法与水热处理合成了一系列具有纳米结构的金属磷酸盐材料,即使用长链有机胺作为模板,利用其碱性将磷酸盐从溶液中沉淀出来,同时利用其模板作用调控磷酸盐的形貌,分别得到一系列金属磷酸盐的纳米材料,包括:羟基磷灰石单晶纳米管、磷酸铝纳米卷、磷酸铜纳米管、磷酸镍晶化纳米管状介孔、磷酸铈晶化介孔和磷酸铌晶化介孔等。利用粉末X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM、HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、电感等离子发射光谱(ICP)、氮吸附比表面及孔径分布测定仪、热分析(TG/DSC或TG/DTA)、紫外可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)等表征手段对产物的形貌、尺寸、结构和成分等进行了表征分析,并对羟基磷灰石单晶纳米管进行了体外成骨细胞培养研究。主要内容概括如下:1.羟基磷灰石单晶纳米管的合成和成骨细胞培养实验利用十二胺和十六胺组成的混合有机胺所具有的碱性和模板的双重作用,分别以磷酸二氢钙和氯化钙为磷源和钙源,通过控制沉积与水热处理,合成出了羟基磷灰石单晶纳米管。通过TEM和XRD表征跟踪检测纳米管在形成过程中的形貌和晶相的转变,提出了纳米管的形成是经过两步晶相转变而来的新机理:第一步:CaHPO4·2H2O的片状结构裂分为CaHPO4的棒状结构,第二步:CaHPO4的棒状结构转变为羟基磷灰石的纳米管。小鼠成骨细胞体外培养实验的结果表明,羟基磷灰石纳米管显著促进了成骨细胞的增殖。2.磷酸铝(白水磷铝石)纳米卷的仿生合成采用仿生合成的基本原理,利用十二胺和十六胺的组成的混合有机胺为模板和矿化剂,分别以磷酸二氢钠和氯化铝为磷源和铝源,通过控制沉积与水热处理,合成出了磷酸铝的纳米卷。通过TEM和XRD表征,磷酸铝纳米卷是无机-有机复合的晶化的层状结构:其无机成分为白水磷铝石(澳洲玉),有机成分为有机胺。纳米卷的形成是通过薄片前体卷曲机理,且十六胺的引入对薄片卷曲起到了至关重要的作用。3.磷酸铜纳米管的合成利用十二胺和十六胺组成的混合有机胺为碱和模板,分别以磷酸二氢铵和氯化铜为磷源和铜源,经过水热,合成出了高质量的羟基磷酸铜的纳米管。通过TEM和XRD表征通过跟踪检测纳米管在形成过程中形貌和晶相的转变,提出了由有机胺和磷酸铜协同组装而形成的多层囊泡结构转变为层状的纳米管的机理,同时,其无机成分的晶体结构由CuHPO4H2O转变为Cu2PO4OHo4.磷酸镍晶化纳米管状六方介孔的合成利用十二胺和十六胺组成的混合有机胺为碱和模板,分别以磷酸二氢铵和氯化镍为磷源和镍源,经过长时间水热,合成出了晶化的磷酸镍纳米管状六方介孔材料。通过][EM、XRD、BET等表征分析,磷酸镍为管壁局部晶化的六方介孔。并通过TEM和XRD表征通过跟踪检测介孔在形成过程中形貌和晶相的转变,发现六方的介孔是由有机胺和磷酸镍协同组装而形成的层状结构转变而来,同时,在长时间的水热过程中,介孔的管壁缓慢晶化。5.纳米结构的金属磷酸盐(Ce、Nb、V、Sc和LiFe)的可控合成利用十二胺和十六胺的组成的混合有机胺为碱和模板,分别以磷酸二氢铵和可溶性的金属盐为磷源和金属源,经过水热过程,合成出了晶化介孔磷酸铈、晶化介孔磷酸铌、磷酸钒层状的片、磷酸钪纳米方块和磷酸铁锂的薄片结构。通过TEM、XRD、BET等一系列表征分析,对这些磷酸盐纳米材料的形貌、结构和组成等做了分析。
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