磁性一维复合纳米材料的设计、合成及其性能研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyy_2009
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磁性一维(1D)复合纳米材料由于具有特殊的物化性质,近年来在自旋电子器件、磁存储、磁响应光子晶体、纳米器件等方面得到了广泛关注,特别是在磁性一维复合纳米材料的合成领域,取得了很大的成就,相继开发出模板法、自组装方法、电子及离子束刻蚀等方法。本论文旨在通过设计简便、普适性的一维纳米粒子的合成方法,运用XRD、SEM、TEM、XPS、VSM、氮气吸附解析等温线、拉曼光谱、红外等表征手段对各阶段产物进行表征,并应用于芳硝基类化合物的催化降解以及富组氨酸蛋白的吸附。结果表明,所制备的复合材料由于具有较大的比表面积以及较好的结构稳定性,从而再催化、吸附、电化学、储能等领域有较大的应用潜力。详细内容归纳如下:(1)主要阐述了运用硬模板法制备磁性一维中空微管。首先以氮掺杂碳微管作为模板,制备二氧化硅涂覆的磁性氮掺杂碳微管(NCMTs@Fe3O4@Si O2),通过水热法进一步得到磁性金属硅酸盐中空微管(NCMTs@Fe3O4@Cu SNTs/Co SNTs/Ni SNTs),然后通过拓展的St?ber法将聚多巴胺(PDA)涂覆在磁性金属硅酸盐碳微管的外层,高温煅烧得到镶嵌有均匀分散的金属铜/钴/镍纳米颗粒的磁性一维中空碳管(标记为NCMTs@Fe3O4@Si O2@C/Ni-Co-Cu)。由于较大的比表面积以及较高密度的金属纳米颗粒,所得多级分层结构的NCMTs@Fe3O4@Si O2@C/Ni-Co-Cu可用作催化剂,用于还原4-硝基苯酚(4-NP)。此外,NCMTs@Fe3O4@Si O2@C/Ni-Co-Cu催化剂可以通过施加外部磁场而容易地收集和分离。测试结果表明,与负载Cu纳米颗粒和Co纳米颗粒的磁性一维纳米中空管相比,NCMTs@Fe3O4@Si O2@C/Ni对4-NP还原表现出超高的催化活性。这种独特的多级分层结构与磁性可回收性相结合,使得NCMTs@Fe3O4@Si O2@C/Ni在催化、吸附、能源、电化学等领域具有很多潜在的应用。(2)主要阐述了一种磁性一维链状纳米复合材料的制备及其调控。该磁性一维材料以零维Fe3O4磁性纳米颗粒为基本单元,首先在磁场诱导下,以拓展的St?ber法一步包覆Si O2层及多巴胺和镍盐的螯合层,磁诱导自组装形成具有磁性一维链状纳米结构的Fe3O4@Si O2@PDA-Ni2+,所得复合物经氮气保护下高温煅烧后,形成具有均匀散布的镍颗粒的Fe3O4@Si O2@C/Ni纳米链,且镍颗粒的的粒径可通过改变温度进行调控。通过在Fe3O4和C/Ni之间引入Si O2夹层,有助于增加一维结构的稳定性。此外,该材料对富组氨酸蛋白具有特殊的亲和力,可用于富组氨酸蛋白的富集纯化,同时,由于该复合材料表面负载的镍颗粒对4-硝基苯酚(4-NP)具有良好的催化作用,还可应用于芳硝基化合物的降解催化。该复合材料具有超顺磁性,很容易实现与样品的分离,故用作吸附剂或催化剂时可快速循环利用,在生物、环境、能源等领域,具有较好的使用价值和应用前景。(3)主要阐述了以磁诱导方法合成一维磁性硅酸铜纳米复合物。首先,在磁场条件下以St?ber法在Fe3O4纳米颗粒表面包覆一层Si O2,经磁场诱导形成一维Fe3O4@Si O2纳米链。在水热条件下,氨水-氯化铵缓冲体系里的Fe3O4@Si O2能够解离出Si O32+,与铜盐发生反应生成一维链状的Fe3O4@Cu Si O3纳米复合材料。该一维海胆状的Fe3O4@Cu Si O3纳米复合材料展现出较大的比表面积以及良好的一维形貌,对富组氨酸蛋白显示出优异的吸附能力。在人血中的高丰度蛋白的去除方面具有较大的应用潜力,并可快速循环使用。
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