光功能纳米材料的制备及分析应用研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangjianguo20
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随着纳米技术的飞速发展,一系列具有独特光学特性的纳米材料(光功能纳米材料)被成功地制备出来,并广泛地应用在生物分析与传感、环境监测与净化、能量转化与存储、疾病诊断与治疗等诸多领域,但仍然存在着诸多挑战。不断开发新型光功能纳米材料的制备方法,并且实现不同功能材料的有机复合,具有很高的理论研究价值及现实意义。论文主要围绕“荧光和光热纳米材料的合成调控,以及在防伪、传感、分析检测、分离纯化等领域的应用”开展系列研究工作。主要研究结果总结如下:1、针对钙钛矿量子点稳定性较差的问题,本文利用非极性有机聚合物在温和条件下聚合包覆无机钙钛矿量子点形成有机无机复合物材料的策略,将量子点嵌入聚苯乙烯(PS)凝胶中,显著提高了Cs Pb X3(X=Cl,Br,I)的光、热和湿度稳定性。以不同荧光发射(蓝色、绿色、红色)的复合物凝胶为三原色量子点墨水,在450-700 nm的波长范围实现发射峰连续可控调节。以预聚合聚苯乙烯为辅助墨水,调控荧光油墨粘度,并用于多色荧光喷墨打印,实现材料在图案化和荧光防伪中应用。2、为了进一步提高钙钛矿荧光材料的稳定性,本文建立了一种新的合成方法,实现了在极性溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中一步大批量绿色合成高纯度的类钙钛矿荧光材料Cs4Pb Br6。该材料在紫外光照下具有强而窄的绿色荧光(发射波长为520 nm,半峰宽为20 nm),200℃下表现出优异的结构稳定性,并且合成中的溶剂DMF可以重复使用多次。Cs4Pb Br6/PDMS复合材料的荧光强度对温度表现出强烈的依赖性,本研究构建了Cs4Pb Br6/PDMS温度传感元件,在一定温度范围内(30-200℃)荧光强度和温度之间表现出优异的响应性和线性相关性(R~2=0.998)。3、为了提高检测灵敏度,降低背景干扰,本文构建了一种简易的光热纸质传感器,实现对硫化氢(H2S)气体的特异性可视化光热检测。本文利用热注射法合成了Au@Ag核-壳纳米结构,硫离子(S2-)或H2S存在条件下,纳米颗粒表面形成Ag2S壳层,其等离子体共振吸收发生显著红移,650 nm激光照射下的光热效应显著增强,实现特异性检测。该方法可视化识别H2S气体的最低浓度为12.8 ng/L。4、为了提高光热材料水纯化性能,本文利用原位气体发泡策略在气体扩散过程中将光热纳米颗粒(CMA)封装于多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质中,通过丙烯酸(AA)原位聚合进行表面亲水修饰,构建了具有多级孔道结构的三维高效光热水蒸发纳米材料。在1 k W/m~2的光照下,所制备的光热多孔材料表现出了3.824 kg·m-2·h-1的光热水蒸发速率和96.6%的能量利用效率。制备的自悬浮光热水蒸发材料表现出良好的机械性能(压缩70%仍可恢复原状)和在苛刻条件下(强酸、强碱、高盐及强氧化性环境)优异的性能稳定性。
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