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离子液体作为“绿色溶剂”、“可设计的液体”在有机合成、催化、分离萃取、电化学、纳米材料制备等领域受到世界范围内的广泛关注。离子液体以其优异的物理化学性质、集多种功能于一身的特性在各个相关领域的研究中不断地涌现令人欣喜的报道。尽管离子液体在化学,材料学等相关的领域被广泛的研究,但是对于离子液体.体系中纳米结构的制备及其生长机理研究确是极其匮乏的。因此本论文围绕着离子液体体系,离子液体和其它溶剂组成的两相体系,以及离子液体微乳体系展开研究。
稀土纳米发光材料在发光器件、固体激光、光纤通讯、生物标记等领域具有巨大的应用前景,一直是材料研究领域中的热点。本论文通过研究稀土氟化物,磷酸盐纳米结构在离子液体体系中的制备过程,深入了解离子液体体系纳米中结构的生长机理,组装过程,同时开辟了制备性能优异的稀土纳米材料的新路线。
本文综述了离子液体的发展历程,结构特点,物化性质,液相行为,应用领域等方面。系统地介绍了离子液体在纳米材料制备,修饰,改性以及离子液体复合材料,软材料等领域的应用。在前人工作的基础上,改进了烷基咪唑类离子液体的制备过程和纯化技术,大量制备了一系列离子液体。
利用四氟硼酸根和六氟磷酸根离子在特定的情况下分解产生氟离子的特点,在1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Omim]BF4),1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Omim]PF6),1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF6)三种离子液体体系中利用离子液体同时作为溶剂,反应物和模板剂的“All-in-One”路线,制备了一系列由纳米粒子通过自组装而形成的稀土氟化物纳米结构。我们研究了体系中助剂、离子液体咪唑环上侧链长度、阴离子的结构对纳米粒子组装的影响;组装结构的形成机理;以及Eu3+,Tb3+离子掺杂的氟化物纳米材料的发光性能。
利用水溶性离子液体1-辛基-3-甲基咪唑氯([Omim]Cl)具有类似表面活性剂的这一特点,设计了独特的磷酸三丁酯(TBP),[Omim]Cl,水组成的三组分微乳液体系来制备稀土磷酸盐纳米线。其中稀土离子溶解在作为“油相”的TBP中,而磷酸根离子溶解在水相中,而离子液体作为表面活性剂自聚集形成胶团。我们利用不同的反应温度在该体系中制备了六方相和单斜相的纳米线,并研究了该体系中纳米线的生长机理以及离子液体的作用。此外,还考察了该体系中得到的Eu3+离子掺杂的磷酸镧纳米线和Tb3+离子掺杂的磷酸铈纳米线的发光性能。由于TBP的封盖,来自样品表面的羟基等基团引起的猝灭被抑制,因此产物的发光强度和荧光寿命比没有表面修饰的磷酸盐纳米线明显提高。
利用非常简单的乙二醇与1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Omim]PF6)形成的两相界面,在温和的反应条件下,制备了稀土离子掺杂的立方相NaYF4纳米立方体。研究了该体系中NaYF4纳米晶的形成、熟化过程;离子液体的结构导向作用;以及离子液体驱动的凝胶形成过程。此外,还考察了Yb3+,Er3+;Yb3+,Ho3+;Yb3+,Tm3+掺杂的NaYF4纳米立方体的发光特点。在该体系中,通过调控掺杂离子的种类和掺杂浓度可以得到多种颜色的上转换发光。
利用乙二醇与1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Omim]PF6),在1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Omim]BF4),1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF6),CyphosIL111形成的两相混合体系中,制备了不同组装结构的纳米YF3。研究了不同组装类型的YF3纳米结构的生长机理,提出了离子液体驱动的“取向搭接”生长模式。同时,还考察了几种掺杂Eu3+离子的YF3纳米结构的发光性能。