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使用无毒无害的绿色溶剂进行功能材料的合成是实现材料合成过程绿色化的重要途径,同时由于绿色溶剂的特性有望得到具有特殊结构的功能材料。本论文基于绿色化学的基本原则,以超临界二氧化碳、水和离子液体等绿色溶剂为介质,进行了纳米材料的合成研究,提出了几种合成功能纳米材料的新方法,并制备了多种纳米功能材料,包括无机非金属材料和聚苯胺纤维。主要研究内容和结果如下:
1.采用超临界C02干燥处理的鱼鳔为模板,以超临界C02为反应介质,通过界面溶胶-凝胶过程,制备了精密复制鱼鳔宏观和微观结构的Ti02复制体。类似地,采用超临界C02干燥法制各了淀粉气凝胶,并以其为模板合成了具有均匀网络结构的Ti02纳米材料。
2.以NaBF4和稀土硝酸盐为反应物,在低温水溶液中通过控制F-的释放速度调控反应进程,在无模板条件下合成了具有超级结构的稀土氟化物纳米材料,并研究了其形成机理。
3.以Na2Sn03和尿素为反应物,在低温水热条件下,通过控制尿素分解释放C02的速度,合成了具有空心和实心结构的Sn02纳米球,研究了其形成机理。进一步研究发现,Sn02纳米微球对检测H2S气体显示很高的灵敏性和选择性。
4.以硫酸铜与碳酸钠反应生成的碱式碳酸铜为前驱体,通过在不同溶液环境中利用碱式碳酸铜沉淀的离解,控制Cu2+的释放速度调控生成CuO反应的动力学过程,在无模板条件下合成了CuO纳米结构,包括纳米球、纳米片等。气敏性研究表明,CuO微球对检测乙醇气体有很高的灵敏性和选择性,并且这种材料显示越低的工作温度对乙醇蒸汽的灵敏度越高。
5.提出了一种合成普鲁士蓝纳米材料高级结构的新方法。在这一方法中,以K3Fe(CN)6为前驱体,利用有机还原剂(抗坏血酸、柠檬酸等),通过控制氧化还原反应的动力学过程,合成了具有高级结构的普鲁士蓝纳米材料,首次得到了普鲁士蓝的八面体介观晶体结构。
6.采用长链咪唑类离子液体作为结构诱导剂,在室温条件下合成了导电聚苯胺的纳米纤维,离子液体的咪唑环与苯胺单体的π-π作用可能是导致纤维结构的主要原因。