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利用植物体制备无机纳微米材料,与传统的化学合成方法相比,具有操作简单、反应温和、无毒副产物排出等优点,且反应原料廉价易得,同时制备的无机材料与生物体又具有很好的生物相容性,因此是一种制备无机纳微米材料的绿色合成方法,目前受到了越来越多的科研工作者的青睐。
本研究选用棉花为原料,经硫酸水解,获得了纳米纤维素微晶,并以其为还原剂和模板,诱导控制合成了多种银纳/微米复合结构,并重点讨论了纳米纤维素微晶的形貌和结构及其诱导合成银纳微复合结构的形貌及形成机理。其主要内容和创新点如下:
1.以棉花为原料,经硫酸水解控制合成了棒状纤维素纳米微晶模板,并以此为原料,水热合成了碳质空心球。实验中讨论了水解酸度、温度、时间等条件对纳米纤维素微晶的影响,然后,系统地研究了各种合成条件对目标产物碳质空心球形貌的影响,并采用SEM、XRD、TEM、EDS对纤维素微晶和碳质空心球进行表征。
2.发展了一种以纤维素微晶为模板,绿色原位控制合成了银纳米颗粒的新方法,并采用SEM、TEM、XRD、FTIR探讨了银还原负载的条件和形成机理,发现这种复合纳米材料的形成机理符合“识别-还原-限制性的成核与生长”模型。这种方法合成的银纳米颗粒粒径不到10nm,UV-vis测定表明在425nm处明显出现了一个吸收峰,这个吸收峰被认为是银纳米颗粒的特征吸收峰。
3.以纳米纤维素微晶为模板和还原剂,水热诱导合成了Ag@C复合结构。采用SEM、TEM、XRD、SAED等对产物形貌和结构进行了表征,探讨了形成条件及壳核结构的形成机理,发现其为两步形成机制:一,银纳米颗粒的形成;二,纤维素的碳化和银纳米颗粒表面无定形碳质层的形成。
4.利用纳米纤维素微晶为模板,成功实现了碳包银纳米电缆(Ag/C nanocables)的可控合成。在这个过程中,纳米纤维素微晶充当还原剂和碳源的双重作用,同时,Ag/C纳米电缆的最终形貌取决于纳米纤维素微晶的浓度。SEM表明其纳米电缆长达700μm。TEM表明产物为共轴碳包银纳米电缆结构,银纳米线的直径约为70nm,碳壁厚度为13nm,EDS和SAED分别表明产物只有碳银两种元素且结构为孪晶结构。通过对Ag/C纳米电缆形成机理的探讨发现,该结构为两步形成机制:一,银纳米线的合成;二,纳米纤维素微晶的碳化及银纳米线表面无定形碳质层沉积过程。
5.可控合成了银多级结构。利用SEM研究了晶体生长过程,探讨了其晶体生长规律,发现其生长规律符合枝晶的生长机理——"Neck"生长机理。