配合物为前驱体的多孔金属氧化物制备和表征

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近年来,随着材料科学的进一步发展,在纳米尺度控制材料的结构、形貌和化学组成成为材料科学研究的热点。具有纳米结构和特殊形貌的金属氧化物材料拥有奇特的光学、电学、磁学和催化等特性,使其拥有广泛的应用。与其他前驱体方法类似,纳米结构的配位聚合物也可以通过简单的在空气中焙烧,转化为具有特殊尺寸、大小和形貌的纳米结构金属氧化物。然而,在配位聚合物的合成过程中,经常用到环境不友好,污染严重,化学毒性强的复杂配体和有机溶液,或者合成过程能耗过高,处理繁琐等问题。本文将以生物小分子氨基酸为配体,在纯水相体系中探究多级结构金属-氨基酸配合物纳米颗粒的合成和组装,实现对金属-氨基酸配合物纳米结构和形貌的控制合成。并以金属-氨基酸配合物为前驱体,在氧气氛围下焙烧得到了具有多级孔结构的金属氧化物材料。本论文主要做了以下工作:1.铋-天冬酰胺配合物的绿色合成及其生物性能首先,我们研究了在低温,绿色,温和的纯水溶液中铋-天冬酰胺纳米结构配合物的形貌可控合成,并初步探索了花球状Bi-asn配合物在大分子化合物合成方面的催化活性和抑制胃蛋白酶活性中的生物表现。通过控制静置温度,有效的调节了金属离子与配体的作用方式,并进一步调控了氨基酸铋的自组装方式,分别在10℃,80℃和160℃下得到了具有一维线状BACP1,纳米片组装的花球状BACP2和大孔泡沫状BACP3等新颖纳米结构的氨基酸铋配位聚合物。将此类氨基酸铋配合物在空气中焙烧后,分别得到了四方相和单斜相的氧化铋纳米材料。负载了Pd的氨基酸铋配合物Pd@BACP2在Suzuki偶联反应中表现出较高的催化活性。此外,我们发现,与天冬酰胺类似,BACP2对细胞毒性小,具有较好的生物相容性;并且在抑制胃蛋白酶的消化作用上有良好的表现,此类氨基酸铋配合物有望应用于治疗消化类溃疡疾病。2.钇-氨基酸类纳米结构的可控合成及其相应氧化物的表征氨基酸含有O、N、S等可参与配位的原子,具有较强的配位能力,与金属离子的配位形式多种多样。我们选择L-天冬酰胺和L-赖氨酸为配体,通过调控水热温度,氨基酸种类以及氨基酸与金属离子的配比,调控了溶液中金属离子与配体之间的自组装方式,分别获得了具有纳米孔大块(Y-asn,160℃),纳米线(Y-asn,200℃),亚微米花球(Y-asn-lys,160℃),纳米方块(Y-lys,160℃)和微米花状(Y-lys,160℃)的钇-氨基酸配合物。并以此为前驱体,通过简单的焙烧,得到了具有大表面积,多级孔结构的纳米氧化钇,在吸附,气敏和催化等方面有潜在的应用价值。3.分形孔Y203的制备及其乙醇重整催化性能研究采用一种无模板,自下而上的自组装方式,以Y(N03)3和L-天冬酰胺为原料,基于金属离子与小分子配体天冬酰胺之间的配合作用成功制备了具有多阶次分形孔结构的钇配位聚合物大块,并以此配合物为前驱体,通过简单的焙烧,得到了分形孔结构保持完好的稀土金属氧化物氧化钇大块材料,孔径尺寸分布宽(2nm到20um),覆盖范围广。而且,通过这一方法,还可以获得主族金属掺杂,过渡金属掺杂和稀土金属掺杂的具有分形孔结构的掺杂型氧化钇大块材料。以Ni掺杂的F-Ni-Y2O3为研究对象,我们深入研究了其在乙醇水蒸气重整制氢方面的潜在应用价值。我们发现,具有分形孔结构的F-Ni-Y2O3催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的低温活性,这主要是由于:1.具有分形孔结构的F-Ni-Y2O3催化剂为反应物分子与活性中心的接触提供了更多的机会;2.被分形孔结构固定的Ni颗粒不仅具有良好的室温稳定性,而且在催化反应过程中能保持更高的还原度。
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