樹狀分子-稀土納米復(fù)合材料的制備與分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、樹狀分子是一類納米級的單分散性新型聚合物，獨特的結(jié)構(gòu)使其具有特殊的性質(zhì)。近年來，樹狀分子的功能化研究已引起了越來越多的國內(nèi)外科學(xué)工作者的重視，樹狀大分子在生物化學(xué)、催化劑、納米材料等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了較深入的研究、探索和開發(fā)。而稀土元素具有的特殊的4f電子結(jié)構(gòu)，使其具有更好的催化活性、磁性能、超導(dǎo)性、光電轉(zhuǎn)移性、光磁記憶及阻燃性等性能。因此，研究樹狀分子/稀土納米復(fù)合材料是非常有意義的。同時隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬計算的作用日漸突顯

2、，它可以研究化學(xué)反應(yīng)的路徑、過渡態(tài)、反應(yīng)機理等十分關(guān)鍵的問題，代替以往的化學(xué)合成、結(jié)構(gòu)分析、物理檢測等實驗；它可以提供實驗過程中無法獲得或很難獲得的信息，因而將其應(yīng)用于新材料的設(shè)計，可以縮短新材料研制的周期，降低開發(fā)成本。 本論文在綜述了納米復(fù)合材料及分子模擬研究進展的基礎(chǔ)上，對樹狀分子和稀土納米復(fù)合體系的合成及分子動力學(xué)模擬進行了較為深入地探索與研究。圍繞上述內(nèi)容具體完成如下工作： 以聚酰胺-胺樹狀大分子(PAMAM)

3、為模板制備了PAMAM/稀土納米復(fù)合材料。同時創(chuàng)造性地將分子動力學(xué)模擬方法應(yīng)用于稀土納米復(fù)合體系。從分子結(jié)構(gòu)和能量變化角度研究了正則(恒定的NVT)系綜中鑭系元素與PAMAM樹狀大分子復(fù)合體系的穩(wěn)定性及其機理，并與具體實驗相互佐證，得出科學(xué)的結(jié)論。 將不規(guī)整樹狀分子引入稀土納米復(fù)合體系。采用“準一步法”合成以季戊四醇為核的超支化合物聚(胺-酯)分子(HPAE)，通過凝膠色譜、紅外光譜、核磁共振、差熱分析等對合成的聚(胺-酯)進行

4、結(jié)構(gòu)表征，以其為模板制備了稀土納米復(fù)合材料并進行了分子動力學(xué)模擬。并與規(guī)整樹狀分子的復(fù)合效果作了對比分析。 基于分子模擬的觀點，首先對進行端基羥基化修飾的半代樹狀分子(HO-PAMAM-2.5G)和稀土元素的復(fù)合體系進行分子動力學(xué)模擬，從分子結(jié)構(gòu)和能量變化角度研究了正則(恒定的NVT)系綜中不同比例的羥基修飾的2.5代聚酰胺-胺(HO-PAMAM-2.5G)與鑭(La)復(fù)合的穩(wěn)定性及其機理。并以此為根據(jù)，通過實驗合成HO-PAM

5、AM-2.5/La納米復(fù)合物，并用透射電鏡(TEM)對所制得的HO-PAMAM-2.5/La納米顆粒進行了形貌表征，結(jié)果表明實驗結(jié)論與分子動力學(xué)模擬一致。 從分子動力學(xué)角度重點分析了在樹狀分子PAMAM主體中，稀土元素所表現(xiàn)出的四組分效應(yīng)。利用分子模擬技術(shù)，實現(xiàn)了在分子水平上研究樹狀大分子與無機粒子的復(fù)合行為。 總之，本文從樹狀分子/稀土納米復(fù)合材料的制備、表征到復(fù)合機理的模擬以及解釋、預(yù)測，從宏觀的實驗現(xiàn)象到分子運動的