具有分级结构的NiO纳米晶的设计合成及性能的研究

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具有分级结构的NiO纳米材料的合成,是近年来材料化学研究的一个热点,很多不同形貌的NiO纳米材料的合成已被研究报道,比如纳米线﹑纳米棒﹑纳米管﹑菱形﹑不同的多面体等等。而最近几年,合成具有分级结构的NiO纳米材料成为国内外研究的热点。该结构是以更小的纳米颗粒、纳米纤维以及纳米片为建筑模块组装而成的,赋予NiO纳米材料更多的优点。比如大的比表面积﹑丰富的孔等等,使其在染料吸附﹑光催化﹑锂离子电池﹑DSSCs以及生物医学领域占有一定的优势,具有潜在的应用前景。因此,开展具有分级结构NiO纳米材料的合成研究有重要意义,并且具有广阔的应用空间。本论文主要开展了以下研究:(1)概述了NiO材料的合成研究进展,介绍了NiO在光催化,染料吸附,锂离子电池等领域的应用。(2)采用模板法成功合成了五种不同粒径具有分级结构的NiO空心球,并且研究了它们对阴离子染料刚果红(CR)的吸附性能以及粒径变化对吸附性能的影响。利用五种不同粒径的PS为模板,可控合成了五种不同粒径具有分级结构的NiO空心球。不同粒径NiO空心球对刚果红吸附性能研究结果表明:五种粒径具有分级结构的NiO空心球对刚果红的吸附机理与二阶吸附动力学方程相吻合,它们都表现出很好的吸附性能,其中粒径最小的237nm NiO空心球的吸附性能最好,并具有好的再生能力。根据Langmuir等温方程可得,在室温和pH7的条件下,237nm NiO空心球的最大吸附能力为526.3mg/g。(3)采用简单绿色的方法,合成了具有分级结构的花状Ni(OH)2和NiO,并将其应用到染料吸附领域,研究了花状Ni(OH)2和NiO对刚果红染料的吸附性能。利用简单的水浴沉积合成法,在无添加剂的条件下,通过改变反应时间合成了具有分级结构的花状Ni(OH)2和NiO。对刚果红的吸附研究表明:具有分级结构的Ni(OH)2和NiO对CR具有很强的吸附能力,吸附机理与二阶吸附动力学方程相吻合。根据langmuir等温方程可得到,花状Ni(OH)2和NiO最大吸附能力分别为636.9mg/g和303mg/g。(4)利用不同合成方法合成出了四种不同形貌的NiO二维平面,并且研究了骨细胞在NiO二维平面上的活性。从不同形貌的NiO平面的亲疏水性和平面粗糙度进行分析表明:形貌不同对亲疏水性影响不大,表面粗糙度大的表面会明显的抑制细胞生长,表面粗糙度小的表面对细胞抑制力较小。通过试验结果表明,无论是具有分级结构的NiO空心球还是具有分级结构的花状NiO,对刚果红都具有优良的吸附性能。我们合成的样品形貌虽不相同,但都具有复杂的分级结构,这是我们合成产物的共同特征,也是合成的产物都具有优良吸附性能的原因。这对于以后合成具有高的阴离子染料的吸附性能的新型纳米材料提供了参考。另外,在不同形貌的NiO平面上进行细胞培养的研究结果,也为认识NiO细胞毒性研究增添了新内容。除此,通过文献查阅可知,这些具有分级结构的NiO纳米球以及NiO二维平面在锂离子电池,染料敏化太阳能电池,燃料电池,一氧化碳催化,光致发光以及气敏材料领域也可能具有很好的应用前景。
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