PMMA微球表面過渡金屬氧化物殼層聚集體的研究.pdf

1、以形貌和尺寸剪裁為目的的材料合成研究,是材料研究領域的一個重要方向?，F代的材料應用已經不僅僅取決于材料的物相組分,而對材料的精細結構提出了更高的要求。過渡金屬氧化物具有優(yōu)異的電磁、光電以及催化等性能,廣泛應用在固體催化、光催化、擇形分離、微型電磁裝置、光致變色材料、電極材料以及信息儲存等領域。近年來,由納米次級顆粒聚集而成的各種過渡金屬氧化物形貌體的調控合成成為研究熱點。納米顆粒聚集體材料一方面秉承了塊體材料的宏觀性能優(yōu)勢,有序的組裝次

2、級納米顆粒,避免納米尺寸材料的無序團聚;其宏觀形貌結構特征可以根據實際應用進行剪裁調節(jié)。另一方面其特殊的結構層次兼有納米顆粒的表面效應、體積效應、量子尺寸效應等,擁有一系列新穎的物理和化學特性。
　　 在合成過程中,過渡金屬氧化物晶體趨向于異向生長,容易形成大晶體而失去納米顆粒的特性,且難以聚集成形。本論文設想采用PMMA聚合物微球為模板,利用PMMA分子中螯合基團的功能,在高分子微球表面富集過渡金屬離子,并誘導生成氧化物納米晶

3、粒;這些晶粒在合適的結晶環(huán)境中生長并自組裝,形成具有球殼層結構的聚集體形貌。這種對稱弧形結構的球殼形貌聚集體有望產生基于材料結構特點的特殊性能。
　　 論文中首先對PMMA微球進行表面活化處理,強化微球表面對過渡金屬離子的配位作用。選擇合適的沉淀劑,使結晶中心趨向于在PMMA微球表面優(yōu)先成核。最后經陳化反應,在PMMA微球表面形成由次級顆粒聚集而成的過渡金屬氧化物晶體殼層。采用SEM、XRD、FEM、TGA、IR、XPS等現代分

4、析測試手段,對材料的微觀結構、物相、物理性質等進行表征。用UV測試表征了材料的光吸收性能。初步探討了基于PMMA微球為模板、過渡金屬氧化物殼層聚集體的形成機理。
　　 氧化鋅是材料研究領域的熱點。它是一種性能優(yōu)異的寬帶半導體材料,具有特殊的光、電、催化性能。氧化銅作為一種重要的過渡金屬氧化物,具有多種催化活性,在C1化學合成、Nox還原和氣敏材料、鋰離子電池、場發(fā)射器、氧電極催化等領域顯示出良好的應用前景。論文以這兩種過渡金屬氧

5、化物為目標產物進行研究。研究發(fā)現,通過常溫常壓的溶液法可以在PMMA微球表面合成過渡金屬氧化物顆粒緊密聚集的殼層結構。不同的陽離子反應物、沉淀劑、陳化反應溫度、溶液pH值、陳化反應時間等是影響殼層顆粒尺寸、形貌、聚集形態(tài)和致密度的主要因素。形成的核殼結構復合材料,殼層由過渡金屬氧化物顆粒緊密組裝而成。其中氧化鋅顆粒尺寸約100 nm,氧化銅顆粒尺寸200 nm-300 nm。復合物顯示出特殊的UV-Vis吸收特性,內核PMMA的熱分解溫

6、度延后50℃-100℃。通過放大的電鏡照片可以看出,殼層聚集體有明顯的孔結構特征,富于材料高比表面積的同時,還有一定的擇形透過性。
　　 對殼結構聚集體的形成機理研究表明,PMMA微球的表面活化處理是表面優(yōu)先成核結晶的前提。氮、氧等原子的協(xié)同配位作用,以及功能基團在高分子鏈上的序列排列,對過渡金屬陽離子在PMMA微球表面的富集提供了電荷與空間構型基礎。沉淀劑的選擇是誘導晶體在PMMA表面異相結晶,避免晶體體相結晶的關鍵。研究結果