镍基磁性纳米复合材料的设计合成及性能研究

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磁性纳米材料主要包括镍、铁、钴等元素组成的金属氧化物及其复合物,因其磁性功能和独特的结构而备受关注。近年来,功能化的磁性纳米复合材料在吸附、催化、载药等领域显示了巨大的应用潜能。因此,设计和制备多功能的磁性纳米复合材料已经引起了科学家的广泛研究。在本文中,我们主要研究了镍基磁性纳米复合材料的制备、形貌与结构、磁学性能等,且所制备材料在催化和吸附领域方面展现出了优异的性能,主要的研究内容如下:第一章首先对磁性纳米复合材料的进展进行了概述,随后介绍了磁性纳米复合材料的一些基本性质、制备方法及类型,最后阐述了磁性纳米复合材料在蛋白吸附、催化、载药等领域的应用。第二章主要讲述了通过一步法以Si O2为模板包覆聚多巴胺和镍离子的复合物得core-shell结构的Si O2@PDA-Ni2+纳米复合物,随后在惰性气体下进行煅烧得负载高密度均匀镍颗粒的磁性纳米复合物Si O2@C-Ni。其中由于聚多巴胺和镍离子复合物的前驱,使得煅烧后还原出的镍颗粒很好的分散在Si O2球表面而没有明显的团聚。除此之外,镍颗粒的大小和密度可通过镍盐量或碳化温度进行有效调控。所制备的磁性纳米复合材料Si O2@C-Ni对4-硝基苯酚的催化显示出了优异的催化性能。而且,由于镍单质与富含组胺酸的蛋白(BHb)有很强的亲和力,因此材料Si O2@C-Ni在蛋白吸附方面也展示了优异性能。第三章我们采用一种有效通用的方法合成了具有双壳结构的复合材料Fe3O4@Si O2@C-Ni。首先通过改进的st?ber法将酚醛树脂-镍离子复合物包覆在Fe3O4@Si O2表面,然后在不同温度下(400°C,500°C和600°C)煅烧制得负载均匀镍颗粒的磁性纳米复合材料(C-Ni/400,C-Ni/500和C-Ni/600)。其中在PDA-Ni2+和Fe3O4之间引入的二氧化硅层,不仅可以很好的控制Fe3O4@Si O2表面负载的镍颗粒大小和密度,还可以隔绝在煅烧过程中Fe3O4和PDA-Ni2+层之间的电子传递。因此,二氧化硅层很好隔绝电子的传递的同时对所负载镍颗粒大小和密度也进行了有效的调控。除此之外,镍颗粒大小和密度还可通过改变镍盐量和煅烧温度来进行调控。煅烧后所得磁性纳米复合材料Fe3O4@Si O2@C-Ni对4-硝基苯酚的催化显示了优异的催化效果。而且,所制备的磁性纳米复合材料Fe3O4@Si O2@C-Ni可以广泛应用于吸附、载药、能源储存等方面。第四章主要是以磁性碳纤维CF@Fe3O4为模板合成磁性碳纤维复合材料CF@Fe3O4@Si O2@C/Ni。首先,采用水热法将磁球Fe3O4修饰在碳纤维表面,再通过st?ber法将二氧化硅修饰在CF@Fe3O4表面,然后在氨水-氯化铵-氯化镍的条件下通过水热反应制备具有层状结构的磁性纳米复合材料CF@Fe3O4@Ni Si O3,随后包覆PDA并在氮气下煅烧得CF@Fe3O4@Si O2@C/Ni。最终所得磁性复合材料可以很好的应用于4-硝基苯酚的催化。
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