碳模板法构筑多种无机中空微球及其性能研究

【摘要】纳米材料的性能与功能往往与其尺寸、晶体结构以及形貌等密切相关，因而，随着现代合成技术和表征技术的不断发展，复杂体系纳米材料的构筑逐步吸引了科学家和工程师们的广泛兴趣。在最常见的纳米颗粒基础之上，核壳以及中空结构纳米材料在近年来发展极为迅速。以中空结构纳米材料为例，它们相比于实心颗粒具有更高的比表面积，而且还具有低密度和大的内部空腔等优点，从而使得它们获得了更高的物理化学性能以及更为广阔的应用范围。本文主要构筑具有中空、中空-核壳以及多壳层中空结构的一系列复杂纳米材料体系，探讨和研究了它们的形成机理、性能与应用。主要内容有：（1）以C微球为模板，通过溶剂热过程制备出中空Eu2O3微球；并且通过类似的两步法过程，还制备出中空NiZnFe2O4/SiO2复合微球。采用了多种手段，包括XRD、SEM、TEM、TGA、氮气吸附等，对样品进行了相关的表征和测试。研究发现，在中空结构的形成过程中，C微球起到了关键的模板作用，在剧烈的分子热运动作用力驱使下，溶胶粒子被吸附并填充到模板内部的介孔孔道当中；而在煅烧过程中，空腔的最终形成则与被吸附的溶胶粒子沿着模板介孔孔道由里向外受热迁移有关。（2）以较大尺寸的C微球为模板，从而增大吸附层厚度以促使煅烧过程中核壳分离的发生，最终成功制备出ZnCo2O4、SnO2、Tb4O7、CeO2以及CeO2@SiO2/CeO2等材料中空-核壳结构微球。结果表明，采用具有较大尺寸的C微球为模板是获得中空-核壳结构微球的关键。其原因是，随着模板尺寸的增加，吸附层厚度也随之增加；大的吸附层厚度使得模板在煅烧过程中难以快速去除，从而造成了中空壳层和可移动核的分离，最后得到了中空-核壳结构。此外，研究发现提高起始煅烧温度，可以促使材料结构发生从中空-核壳向中空结构的变化。推断认为其原因是，提高起始煅烧温度增大了热驱动力，促使被吸附的粒子加快向模板外表面的迁移，最终得到了单壳层的中空结构。（3）在前文的基础上，以大尺寸的C微球为模板，还成功制备制备出CoFe2O4、TiO2、CeO2@SiO2等多种材料的多壳层中空结构微球。研究结果进一步证实，增加模板尺寸，导致吸附层厚度也随之增大，从而更加易于发生重复的核壳分离过程，并得到多壳层的中空结构。对产物的释药以及催化性能研究发现，相比常规块体材料以及常规纳米颗粒，这些具有独特多壳层中空结构的材料表现出更加优越的性能。此外，我们所提出的这种技术还适用于大多数氧化物多壳层中空微球的制备，这些多壳层中空微球将在药物载体、催化剂、锂离子电池以及传感器等众多领域表现出重要的潜在应用价值。
【作者】孙益新；
【导师】张立新；
【作者基本信息】中北大学，化学工艺，2014，硕士
【关键词】中空；中空-核壳；多壳层中空结构；模板法；溶剂热；

【参考文献】
[1]刘玉玲.电絮凝—活性炭技术处理含铬废水的工艺研究[D].江苏科技大学,应用化学,2014,硕士.
[2]郭滨.以羊膜为载体培养的异体角膜缘干细胞移植术后羊膜变化的实验研究[D].济南大学,眼科学,2012,硕士.
[3]刘望保.九十年代以来中国城市规模分布及其区域差异性分析[D].华东师范大学,人文地理学,2004,硕士.
[4]张洋.江苏省水土流失重点防治区划分研究[D].南京农业大学,环境工程,2013,硕士.
[5]龚天月.一种移动通信客户服务系统的后台构建[D].暨南大学,2001.
[6]童志斌.文言文课程目标与内容研究[D].上海师范大学,课程与教学论,2014,博士.
[7]高永志.双鸭山矿山地质环境遥感监测研究[D].吉林大学,地质工程,2012,硕士.
[8]边捷.纳米阵列图案表面浸润性研究[D].南京大学,材料物理与化学,2014,博士.
[9]牟站通.车载自组网性能指标的理论建模与模拟仿真[D].吉林大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[10].中国版本图书馆月度CIP数据精选[J].全国新书目,2014,04:25-200.
[11]程池,乐易林,熊涛,姚粟,曾哲灵.对里氏木霉RutC-30所产非淀粉多糖酶系的分析[J].食品与发酵工业.2004(06)
[12]刘淑贞,孙一康.一种有效抑制偏心影响的预估式厚控方案[J].冶金自动化,1991,02:17-19+58.
[13]赵天麒.云计算环境下WEB应用的自动部署与资源分配[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[14]周虎.基于吡啶和磷酸酯/磷酸基团水/醇溶性界面材料的合成与研究[D].华南理工大学,材料工程,2013,硕士.
[15]张鸣.连接刚体及人体姿态估计的理论与方法[D].上海交通大学,2011.
[16]王彩霞.河北省体育院系艺术体操课程开展现状与对策研究[D].河北师范大学,体育教学,2012,硕士.
[17]王纲金.低信噪比环境下语音端点检测方法研究[D].湖南大学,计算机科学与技术,2011,硕士.
[18]李仕贤.基于无线自组网的VoIP系统终端的设计与实现[D].中南林业科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[19]鲁良.变革型领导对情感承诺影响研究[D].浙江理工大学,企业管理,2013,硕士.
[20]彭为.知识管理在企业中的应用研究[D].湖南师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[21]王月钗.黄酮类乏氧荧光探针的设计、合成及其性质的研究[D].河北大学,有机化学,2014,硕士.
[22]梁川.研磨预处理改善风化煤可浮性的研究[D].中国矿业大学,矿业工程,2014,硕士.
[23]钟奕业.数据集中:新世纪银行业发展的大趋势[J].华南金融电脑,2001,07:9-10.
[24]王奎利.2010年广州亚残运会中国女子轮椅网球单打运动员技战术运用特点研究与分析[D].山东体育学院,现代运动训练理论与方法,2012,硕士.
[25]林晓阳.静电纺微纳米纤维/棉纤维复合纱线制备及释药研究[D].东华大学,纺织工程（专业学位）,2014,硕士.
[26]伍铁斌,阳春华,李勇刚,朱红求,桂卫华.基于模糊操作模式的砷盐除钴过程操作参数协同优化[J].自动化学报,2014,08:1690-1698.
[27]曾文豹.中国文化创意产业发展模式探究[D].吉林财经大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[28]郭元源,池仁勇,金陈飞.基于集群网络位置的科技中介分类研究[J].科技进步与对策.
[29]方平.小车式飞机起落架着陆与滑跑动态性能仿真分析[D].南京航空航天大学,飞行器设计,2004,硕士.
[30]胡建军,唐常杰,李川,彭京,元昌安,陈安龙,蒋永光.基于最近邻优先的高效聚类算法[J].四川大学学报(工程科学版),2004,06:93-99.
[31]陈梦娇.发展型社会政策视角下的“富人治村”研究[D].南京大学,社会工作（专业学位）,2013,硕士.
[32]杨凤玲.车身刚度计算方法与优化研究研究[D].吉林大学,车辆工程,2013,硕士.
[33]黄晨.防腐标本椎体成形术、椎体后凸成形术术后最大垂直载荷的影响因素[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[34]陈杰.基于GL847控制器大幅面扫描仪控制程序的设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2012,硕士.
[35]姚斐.旅游景区虚拟现实系统设计与实现[D].海南大学,旅游管理,2012,硕士.
[36]王瑞.巴基斯坦震后教育应急阶段性策略研究[D].西南大学,比较教育学,2014,硕士.
[37]姚子明.后路全脊椎切除治疗重度脊柱畸形围手术期并发症及相关危险因素分析[D].山东大学,临床医学,2013,硕士.
[38]乜广弟,力尚昆,卢晓峰,王策.静电纺丝技术制备无机纳米纤维材料的应用[J].高等学校化学学报,2013,01:15-29.
[39]鞠文平.交互式语言教学在英语口语教学中的运用[D].南昌航空大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[40]胡春.制造执行系统建模与智能企业诊断系统研究[D].浙江大学,2003.
[41]邸乃庸.中国长征系列运载火箭的研制和发展[J].世界导弹与航天.1989(09)
[42]夏海光.基于RFID和图像处理信息采集终端的研究与实现[D].内蒙古科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[43]蒋广龙.成年小鼠半去势睾酮代偿性分泌初探[D].首都师范大学,遗传学,2004,硕士.
[44]李水丽.单晶ZnO中杂质与缺陷的发光光谱研究[D].浙江大学,材料工程,2013,硕士.
[45]努日曼古丽.所有权结构、公司治理对审计定价影响的实证研究[J].商业会计,2014,05:66-69.
[46]葛培东.压灌水泥土桩配方和性能研究[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2013,硕士.
[47]马培建.影响沙漠地区路基填土高度原因分析研究[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[48]黄恩慧.浙江省企业技术创新调查报告[D].浙江工商大学,经济统计学（专业学位）,2014,硕士.
[49]牛彦博.汉源县二蛮山高速远程滑坡启动机理研究[D].西南交通大学,地质工程,2013,硕士.
[50]王美舒.无线局域网准入控制系统的研究与实现[D].吉林农业大学,计算机应用与技术,2012,硕士.