聚合物微球/微囊负载金属纳米微粒的制备及其性能研究

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近年来,功能聚合物微球在固相有机合成化学、分离分析、药物控制释放、免疫测定等领域得到了广泛的应用,而金属纳米粒子由于其不同于单个金属原子和块体材料的特殊性质,使它具有一系列独特的物理化学性质,在光、电子、磁性、催化剂和生物医药等方面具有引人瞩目的应用前景。将金属纳米材料负载于空心聚合物中,将赋予该材料更为优良的性质和应用。本文制备了多种单分散的功能性聚合物微球并成功应用于稳定金纳米簇,同时还研究了聚合物稳定金纳米簇的化学本质,及在还原4-硝基苯酚反应中的催化活性。最后还利用两步蒸馏沉淀聚合法,以聚甲基丙烯酸聚合物微球为模板,制备了内壁负载有金纳米颗粒的空心聚合物微球。 本文第一章简要介绍了功能聚合物微球的特征、制备方法、表征和应用,同时也介绍了纳米金属簇的特性和纳米金属簇的制备方法、表征及其应用。 本文第二章利用聚合物微球表面的羧基官能基团,通过原位还原金属盐的方法制备了聚合物微球稳定的金纳米微粒。以XPS为有力表征手段研究了羧基与金纳米颗粒的相互作用。最后以NaBH4还原4-硝基苯酚为4-胺基苯酚的反应为模型反应研究以带羧基功能基的微球稳定的金纳米簇在还原反应中的催化性质。结果显示该微球稳定的金纳米簇在还原4一硝基苯酚的反应中表现出高的催化活性并可回收再利用。 本文第三章利用金纳米颗粒与聚合物微球的官能基团之间的相互作用,制备了5.2nm到10.7nm之间粒径可控的负载金纳米颗粒。并通过XPS详细研究了几种不同的相互作用的本质及其对粒径和催化活性的影响。 本文第四章进一步研究聚合物微球对其他贵金属纳米颗粒的稳定作用,并实证了金属与官能团间的相互作用在稳定金属时的重要贡献。 本文第五章以可溶性单分散聚甲基丙烯酸微球为模板,同时引入金纳米颗粒客体,采用两步蒸馏沉淀聚合法,利用模板物质的可溶性成功制备了内壁负载有金纳米颗粒的空心聚合物微球。该方法避免了模板法通常使用剧毒HF作为刻蚀剂,代之以经济无毒的水,并且所得空心微球具有优于一般聚合物空心微球对溶剂、化学试剂、加热、等的稳定性且在离心和高真空条件下不变形。该方法的最大优点在于同时可以引入金纳米颗粒,使其稳定地负载于聚合物空心微球的内壁上,并仍保持高催化活性。此外,其具有非常均匀的壳层厚度和粒径大小而且成光滑球形,从而进一步增加了该材料潜在应用的价值,如:微反应器、光子晶体等。
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