絲蛋白納米纖維調(diào)控合成納米氧化鐵及其機理研究.pdf

1、鐵作為自然界中儲量最大的金屬，其氧化物納米材料在光、電、磁等方面表現(xiàn)出卓越的性能，從而在能量存儲、生物醫(yī)學等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，然而納米氧化鐵的水分散性、充放電過程中能量的嚴重衰退等問題一直是有待解決的關(guān)鍵問題。另外，絲蛋白由于具有可控的納米結(jié)構(gòu)與二級結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于組織再生、藥物釋放、光電應(yīng)用等各個領(lǐng)域。特別是最近幾年，以絲蛋白為模板調(diào)控納米材料的生成，在納米材料形貌控制，提高材料穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出優(yōu)異性能。
　　本學位

2、文主要以具有特定結(jié)構(gòu)的絲蛋白為模板，利用其可控自組裝納米結(jié)構(gòu)調(diào)控合成不同形貌及不同功能的納米氧化鐵，并且還對它們的形成機理進行了研究。同時，本論文工作還研究了這些不同形貌納米氧化鐵材料在磁學、生物醫(yī)學和電學領(lǐng)域的應(yīng)用。論文主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　?。?）絲蛋白納米纖維模板法制備橄欖狀中空碳復合四氧化三鐵（Fe3O4/C）納米材料。絲蛋白納米纖維為模板、氯化鐵為原料，通過水熱法、Ar煅燒法合成了大小可控、形貌可控的橄欖狀中空Fe

3、3O4/C納米材料。整個反應(yīng)過程中未添加任何其他化學試劑，簡單方便。通過改變反應(yīng)體系中絲蛋白的含量和反應(yīng)時間，我們能有效地調(diào)控此納米球的形貌、尺寸與結(jié)構(gòu)；同時我們還提出了絲蛋白納米纖維對橄欖狀中空Fe3O4/C納米球的調(diào)控機理。將合成的Fe3O4/C納米球作為鋰電池負極材料，我們測定了此鋰電池的電學性能，結(jié)果表明Fe3O4/C納米球具有良好的充放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性，是一種潛在的鋰電池負極材料。
　　（2）石墨烯-絲蛋白納米纖維復合

4、材料模板法制備石墨烯復合三氧化二鐵（Fe2O3/Graphene）納米棒。鑒于石墨烯具有優(yōu)異的電學性能，本章研究采用水合肼還原氧化石墨烯的同時誘導絲蛋白形成納米纖維，然后以此石墨烯-絲蛋白納米纖維復合物為模板，采用水熱法合成了Fe2O3/Graphene納米棒。通過對不同反應(yīng)時間下產(chǎn)物的形貌與晶型進行相關(guān)表征，我們還提出了Fe2O3/Graphene納米棒的形成機理。與此同時，我們將制備的Fe2O3/Graphene納米棒做為鋰電池負極

5、材料，電化學測試結(jié)果表明Fe2O3/Graphene納米棒具有良好的充放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性，是一種潛在的鋰電池負極材料。
　?。?）絲蛋白模板法制備絲蛋白復合四氧化三鐵（Fe3O4/SF）納米材料。在乙二醇溶液中，絲蛋白自組裝形成納米線，然后通過溶劑熱法合成了形貌、尺寸均一的Fe3O4/SF納米球，并且通過改變絲蛋白的濃度來調(diào)控納米球的尺寸。通過不同反應(yīng)時間下產(chǎn)物的形貌與晶型的變化，我們還提出了絲蛋白調(diào)控合成 Fe3O4/SF納米

6、球的機理。與此同時，相關(guān)表征結(jié)果表明：Fe3O4/SF納米球具有很強的飽和磁場，可用于磁共振成像；同時，F(xiàn)e3O4/SF納米球表面的絲蛋白便于與其他生物分子相結(jié)合，可用于一些生物分子的富集與檢測；
　　（4）絲蛋白模板法、外加磁場誘導制備Fe3O4/SF納米鏈材料。絲蛋白在乙二醇溶液中形成納米線，然后以此絲蛋白納米線為模板，通過外加磁場、采用溶劑熱法合成了Fe3O4/SF納米鏈。同時，我們還通過不同條件下產(chǎn)物的相關(guān)表征初步探討了其

7、相應(yīng)的形成機理。
　　綜上所述，本學位論文以絲蛋白為模板，綠色地、可控地制備了多種形貌及功能的納米氧化鐵材料，并且還研究了其在磁學、生物醫(yī)學和電學領(lǐng)域的應(yīng)用。與此同時，本學位論文還通過研究不同形貌及結(jié)構(gòu)的納米氧化鐵的合成過程提出了相應(yīng)納米氧化鐵的形成機理。本論文研究結(jié)果表明：絲蛋白是一種理想模板；它能調(diào)控合成不同形貌、不同尺寸及不同功能的納米氧化鐵材料。這一研究結(jié)果進一步拓寬了絲蛋白在功能材料領(lǐng)域的應(yīng)用，為制備其他新材料提供了理論