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基于分子间相互作用,自组装形成纳米结构基元,并利用这些结构基元来构筑多尺度、多层次的功能分级纳米结构体系,是通过“从下至上”的策略来实现纳米科技终极目标的重要手段之一。本论文致力于通过基于“模板法”的自组装技术构筑具有分级结构特征的功能纳米材料,实现它们的简单、经济且大规模制备,研究它们的结构和相关物化性能,奠定它们在环境、能源和生命等领域的应用基础。主要内容如下:
一、可反应模板法可控制备导电聚合物分级纳米结构
利用可反应模板法,结合MnO2较高的氧化还原电位,在酸性条件下原位氧化聚合苯胺和吡咯单体,可控生成具有中空分级纳米结构的聚苯胺和聚吡咯。实验过程中模板自动除去,操作简单易行。这种特殊的空心分级纳米结构有望应用于药物缓释、电磁屏蔽和金属防腐等领域。该策略有助于构建制备导电聚合物中空分级纳米结构的普适性方法。
二、超分子自组装模板法制备贵金属纳米链
准一维纳米材料控制生长(包括形貌、尺度、结构和取向控制)是当前纳米材料研究领域的前沿和热点,其中基于超分子自组装模板形成功能分级纳米结构的研究日益成为焦点。
(1)利用染料小分子刚果红与银离子的配位作用,超分子自组装形成螺旋呐米带,然后通过原位光还原制备了准一维分级纳米结构的银纳米链。该纳米链具有不同于常规银纳米颗粒的光学性质,在构筑纳米器件方面具有潜在的应用前景。
(2)利用小分子三聚氰胺与硝酸银的相互作用,超分子自组装形成超长纳米纤维和螺旋纳米带后,通过原位光还原得到了具有准一维排布特征的银纳米颗粒。
三、超声辅助胶粒模板法制备铁氧化物分级纳米结构
以双相转移生成的硫酸亚铁与硫磺混合胶粒为模板,通过超声原位水解,大量制备了由纳米棒组成的海胆状分级纳米结构的铁氢氧化物。随后通过煅烧得到了相似结构特征的α-氧化铁。上述两种分级纳米结构的铁氧化物均能大量吸附模拟废水中的有机污染物,易分离且能循环利用,有望应用于环境综合治理。