【摘 要】
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对简单纳米材料进行功能性负载,从微观层面调控材料的结构和性能,可以实现对其物理化学性能的剪裁,拓宽其应用。多孔氮化硼纳米纤维(BNNFs)不仅继承了六方氮化硼(h-BN)优异的化学稳定性、热稳定性等物理化学特性,而且同时具有高比表面积、高长径比和良好柔韧性等优点。设计并构筑基于金属氧化物纳米颗粒/多孔BN的新型纳米复合材料,可以将金属氧化物纳米颗粒以及多孔BNNFs所特有的性能结合起来,对于拓展多
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.51772075); 河北省自然科学基金(No.E2016202122);
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对简单纳米材料进行功能性负载,从微观层面调控材料的结构和性能,可以实现对其物理化学性能的剪裁,拓宽其应用。多孔氮化硼纳米纤维(BNNFs)不仅继承了六方氮化硼(h-BN)优异的化学稳定性、热稳定性等物理化学特性,而且同时具有高比表面积、高长径比和良好柔韧性等优点。设计并构筑基于金属氧化物纳米颗粒/多孔BN的新型纳米复合材料,可以将金属氧化物纳米颗粒以及多孔BNNFs所特有的性能结合起来,对于拓展多孔BN的应用具有重要意义。本文采用溶剂热法在多孔BNNFs表面可控负载金属氧化物纳米颗粒,并且通过改变合成条件,构筑具有优异物理化学特性的纳米复合材料。主要研究内容如下:(1)采用溶剂热法将平均直径约7 nm的Fe3O4纳米颗粒负载在多孔BNNFs上,得到一种能够高效吸附Pb(Ⅱ)的新型BNNF@Fe3O4纳米复合材料。所合成的纳米复合材料具有超顺磁性,即使在极低磁场下也展现了对磁场灵敏的响应。研究了不同Fe3O4负载量的复合材料对Pb(Ⅱ)的协同吸附过程。BNNFs与Pb(Ⅱ)之间的强静电相互作用导致了Pb(Ⅱ)在BNNFs上的初始快速吸附,而Fe3O4对Pb(Ⅱ)的弱静电力导致了Pb(Ⅱ)在Fe3O4上的后续吸附,表现出有趣的组分比相关的协同吸附作用。稀疏负载的BNNF@Fe3O4纳米复合材料对Pb(Ⅱ)具有优异的吸附能力,最大吸附量为203.75 mg/g,吸附过程遵循Langmuir和准二级动力学模型。(2)采用溶剂热法将CeO2纳米颗粒负载在多孔BNNFs上,合成了一种能够高效催化氧还原反应(ORR)的新型BNNF@CeO2纳米复合材料。得益于密闭乙醇溶液中的还原性气氛,高浓度的氧空位得以引入到CeO2纳米颗粒中。通过改变溶剂热反应时间实现了对CeO2纳米颗粒负载量、尺寸和氧空位的调控,从而实现了对其ORR催化性能的调控。揭示了CeO2中缺陷氧空位与ORR催化活性的关系。与纯CeO2相比,合成的BNNF@CeO2纳米复合材料的ORR催化性能得到了显著的提高。(3)采用乙二醇作为溶剂,将吸附了In(Ⅲ)的多孔BNNFs在溶剂热条件下反应制备In2O3/BNNFs复合材料。虽然成功制备了In2O3纳米颗粒,但是乙二醇溶剂在长时间的溶剂热反应过程会造成作为载体的BNNFs在结构和形貌上的完全破坏。进一步以BNNFs为模板,结合溶剂热法和均匀沉淀法制备出中空In2O3纳米管。BNNFs在In2O3纳米管的生长过程中起到了非常重要的模板作用。富含缺陷杂质的BNNFs为In2O3纳米晶的形核、生长提供了大量活性位点,在乙二醇的作用下最终形成由In2O3纳米颗粒组装而成的空心管状结构。
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