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以纤维素为模板制备无机纳米材料的研究

作　者: 王焕琴
导　师: 温建萍；曹洁明
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工
关键词: 生物模板法 纤维素 金属氧化物 金属纳米粒子/炭复合物 介孔材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


无机纳米材料以其独特的物理化学性质,在能源、催化、磁性存储等领域具有广泛的应用前景。无机纳米材料的制备方法有很多,其中生物模板法是借鉴和利用天然生物结构来实现制备特殊材料结构的一条绿色、高效、便捷的新途径,因此近年来生物模板法一直备受关注。纤维素是地球上最丰富的可再生有机物之一,它是一种多羟基的高分子物质,可以在分子间通过氢键形成超分子,用作模板来引导纳米晶体的生长。利用纤维素制备纳米材料具有诸多优点,如纤维素资源丰富、可再生、成本低廉等。本文主要开展了以下几方面的研究工作:首先,以棉花为模板,KMnO4为前驱体,通过一种绿色合成方法制备了具有纤维结构的MnO2微管,微管表面具有特殊的二级结构。此外,还以棉花为模板制备了其它氧化物,如Co3O4微管和NiO微管。利用现代表征手段,包括XRD、TEM、氮气吸附-脱附仪等对产物成分、形貌、结构等进行分析,并且探讨了这种结构的形成机理。对所制备的氧化物电极材料进行了电化学性能测试。其次,将棉花作为炭源,通过一种简单的绿色合成方法制备出高度分散并且尺寸均一的钴/炭和镍/炭复合材料。在整个实验过程中,未添加任何还原剂,炭保护的Ni和Co纳米粒子在空气中具有很好的稳定性。最后,我们分别利用棉花和滤纸为模板,正硅酸乙酯为硅源,通过一种新颖并且环境友好的途径,制备了SiO2介孔材料。样品保留了微观的纤维状,为中空结构,比表面积高达368 m2/g。同时我们考察了溶液浓度对SiO2材料微观结构的影响。此外,还以棉花为模板制备了介孔TiO2。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 前言  11-20
  1.1 纳米材料定义与分类  11
  1.2 纳米材料的特性与主要制备方法  11-13
  1.3 生物模板法  13-16
    1.3.1 生物模板法简介  13
    1.3.2 国内外研究现状  13-16
  1.4 纤维素为模板在纳米制备中的应用  16-18
    1.4.1 纤维素的分子结构和化学性质  16
    1.4.2 纤维素指导合成无机材料的研究进展  16-18
    1.4.3 优点  18
  1.5 本论文选题意义和主要内容  18-20
第二章 实验原材料、设备及样品表征方法  20-23
  2.1 化学试剂  20-21
  2.2 实验设备  21
  2.3 产物的结构表征  21
  2.4 电极的制备及电化学性能测试  21-23
第三章 以棉花为模板合成二级结构的α-Mn0_2微管  23-32
  3.1 引言  23
  3.2 实验过程  23-24
  3.3 实验测试结果与分析  24-31
    3.3.1 X 射线衍射（XRD）分析  24-25
    3.3.2 形貌分析  25-30
    3.3.3 孔结构分析  30
    3.3.4 电化学测试  30-31
  3.4 机理分析  31
  3.5 本章小结  31-32
第四章 以棉花为模板合成二级结构的C0_30_4微管和NiO 微管  32-39
  4.1 引言  32-33
  4.2 实验过程  33
  4.3 测试结果与分析  33-38
    4.3.1 纤维状C0_30_4 微管  33-36
    4.3.2 纤维状NiO 微管  36-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章 金属纳米粒子/炭复合材料的制备及表征  39-48
  5.1 引言  39-40
    5.1.1 金属纳米粒子/炭复合材料的研究进展  39-40
    5.1.2 金属粒子/炭复合材料的制备方法  40
  5.2 实验过程  40-41
  5.3 测试结果与分析  41-46
    5.3.1 炭材料测试结果  41-42
    5.3.2 钴/炭复合材料测试与分析  42-45
    5.3.3 镍/炭复合材料测试与分析  45-46
  5.4 本章小结  46-48
第六章 利用纤维素制备生物结构的介孔Si0_2和Ti0_2  48-54
  6.1 引言  48
  6.2 实验过程  48-49
  6.3 测试结果与分析  49-53
    6.3.1 介孔Si0_2 测试与分析  49-52
    6.3.2 介孔Ti0_2 测试与分析  52-53
  6.4 本章小结  53-54
第七章 总结与展望  54-56
参考文献  56-62
致谢  62-63
在学期间的研究成果及发表的学术论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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