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自从碳纳米管被发现以来,一维管状纳米结构在国际上受到了极大的关注。纳米管由于具有独特的结构、高的比表面积、特殊的物理、化学和生物学性能,有望在光电子器件、传感器、药物输运、能量储存和转换等众多领域得到广泛的应用。因此探索纳米管可量产、低成本、简单的合成方法具有重要的科学意义和潜在的应用价值。本论文主要采用液相法,在常温条件下合成了几种前躯体纳米线模板,并结合微波辅助、传统水热等手段将这几种前躯体纳米线模板成功转化为硫化镉、硫化铜、二氧化硅纳米管。在此基础上,研究了这几种无机盐纳米管在光催化降解和药物缓释等方面的性能。
论文的主要内容包括以下几个方面。
1.硫化镉纳米管的制备及表征。结合传统溶剂热、微波加热和模板法的优点发展了一种由前躯体纳米线转化制备硫化镉纳米线和纳米管的合成路线。首先,合成了一种金属镉离子与半胱氨酸生物分子构成的金属有机物纳米线,再以这种金属有机物纳米线作为提供镉源的前驱物和模板与硫离子进行化学反应,通过溶剂热和微波反应分别制备出了硫化镉纳米线和纳米管。纳米线和纳米管是由纳米晶粒自组装而成,呈现多晶的结构。另外,在常温下以氯化镉和碘化钾为原料得到了具有水溶性和反应性的KCdCl3纳米线,再利用这种双重性质的纳米线做为镉源和模板、硫化钠为硫源制备得到了硫化镉纳米管。
2.硫化铜纳米管的制备及表征。结合超声法和微波辅助加热的优点,发展了一种前驱物纳米线模板牺牲法合成硫化铜纳米管的合成路线。首先,采用超声辅助的方法合成氢氧化铜纳米线,再通过微波辅助加热的方法,选择合适的反应体系和溶剂,控制一定的温度,实现了硫化铜纳米管的制备和自组装。所制备的硫化铜纳米管对亚甲基蓝的降解具有良好的光催化作用。
3.二氧化硅纳米管的制备及表征。在常温下合成了水溶性的KCdCl3纳米线模板,通过微波辅助加热的方法,选择合适的反应体系和反应物,合成出了二氧化硅纳米管,实现了二氧化硅纳米管的自组装。制备得到的二氧化硅纳米管具有无序介孔的结构,对典型药物布洛芬具有一定的装载量和良好的药物缓释性能。
4.采用传统的溶剂热方法,利用氯化锆-谷氨酸配合物为反应物,结合表面活性剂曲拉通X-100、吐温80和十二烷基硫酸钠,制备了多种形貌的二氧化锆纳米结构。探讨了反应时间和表面活性剂对产物形貌的影响。实验结果表明吐温80对于形成二氧化锆的纳米棒结构起着重要作用。