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基于纳米管材料在药物控释、纳米器件制备等先进材料领域良好的应用前景,各种纳米管材料的制备及功能化研究成为材料科学领域的热点之一。本论文工作主要集中于新型聚合物纳米管以及有机/无机杂化纳米管的制备及性能研究。具体内容分以下两个部分:
1.利用无机氢氧化钇纳米管(YNTs)作为模板,用嵌段共聚物聚环氧乙烷-6-聚(4-乙烯基吡啶)(PEO-b-P4VP)胶束作为前驱体,制备了具有核壳结构的新型聚合物纳米管。YNTs内外表面富含羟基,在四氢呋喃溶液中,可以和PEO-b-P4VP中的吡啶基团产生较强的氢键作用,从而使PEO-b-P4VP链吸附在YNTs的表面上形成高分子吸附层。以PEO-b-P4VP在THF中形成的胶束作为先驱体,可以得到了相对致密的单分子嵌段共聚物吸附层。在此基础上,用小分子交联剂1,4-二溴丁烷交联P4VP层,然后用盐酸溶解模板YNTs,得到具有清晰结构、优异溶解性能、套管结构的新型聚合物纳米管(PNTs)。由于交联过程中产生大量的吡啶盐,得到的PNTs富含大量正的净电荷。利用正负电荷相互作用,可以负载带有相反电荷的化合物或粒子。通过对PNTs进行荧光染料的负载,可以使其在荧光共聚焦显微镜下清晰成像;使其吸附大量的磁性粒子(MPs)后,PNTs可以在磁场下取向和从溶液中分离。
2.PEO-b-P4VP与YNTs形成的有机/无机杂化纳米管(HNs)具有清晰的层状结构。部分交联的P4VP吸附层使得HNs的表面富含正电荷及吡啶基团。据此,我们对该杂化纳米管进行了负载和功能化研究。当HNs负载荧光染料时,可以在荧光共聚焦显微镜(CFM)下成像,而负载磁性纳米粒子时,HNs可以在磁场作用下取向和分离。另外,我们还在HNs上进行金纳米粒子的原位合成,并利用负载金纳米粒子的HNs催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚的化学反应,利用紫外可见光谱跟踪了催化反应过程。研究表明,负载金粒子的杂化纳米管有很好的催化反应活性;催化反应后,金粒子仍然很好的负载在HNs上。研究表明,HNs可在多种溶剂中分散,负载磁性粒子后可在磁场作用下分离,又可以在重力作用下静置后分离。这些特点使得HNs成为具有良好应用前景的新型催化剂载体。