樹狀分子-稀土納米復合材料的制備與分子動力學模擬研究.pdf

1、樹狀分子是一類納米級的單分散性新型聚合物，獨特的結構使其具有特殊的性質。近年來，樹狀分子的功能化研究已引起了越來越多的國內外科學工作者的重視，樹狀大分子在生物化學、催化劑、納米材料等領域的應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電子結構，使其具有更好的催化活性、磁性能、超導性、光電轉移性、光磁記憶及阻燃性等性能。因此，研究樹狀分子/稀土納米復合材料是非常有意義的。同時隨著計算機技術的飛速發(fā)展，模擬計算的作用日漸突顯

2、，它可以研究化學反應的路徑、過渡態(tài)、反應機理等十分關鍵的問題，代替以往的化學合成、結構分析、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，因而將其應用于新材料的設計，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合材料及分子模擬研究進展的基礎上，對樹狀分子和稀土納米復合體系的合成及分子動力學模擬進行了較為深入地探索與研究。圍繞上述內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/稀土納米復合材料。同時創(chuàng)造性地將分子動力學模擬方法應用于稀土納米復合體系。從分子結構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，得出科學的結論。 將不規(guī)整樹狀分子引入稀土納米復合體系。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、結構表征，以其為模板制備了稀土納米復合材料并進行了分子動力學模擬。并與規(guī)整樹狀分子的復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)和稀土元素的復合體系進行分子動力學模擬，從分子結構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，結果表明實驗結論與分子動力學模擬一致。 從分子動力學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。利用分子模擬技術，實現(xiàn)了在分子水平上研究樹狀大分子與無機粒子的復合行為。 總之，本文從樹狀分子/稀土納米復合材料的制備、表征到復合機理的模擬以及解釋、預測，從宏觀的實驗現(xiàn)象到分子運動的