吸附相反应技术制备Ag/SiO纳米复合材料的研究

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本文利用乙醇—水—SiO2体系中形成的吸附层作为纳米反应器制备了Ag/SiO2纳米复合材料。论文首先综述了纳米Ag和纳米复合材料的性能和应用,对纳米复合材料的制备方法按照是否利用纳米反应器的思路分为传统方法和微尺度反应技术。并将微尺度反应技术分为硬约束型和软约束型两大类进行详细介绍:硬约束型介绍了多孔材料和层状硅酸盐作为纳米反应器的机理、特点和应用;软约束型介绍了反相微乳液技术的机理、特点和应用。 在总结国内外研究成果的基础上重点介绍了另一种软约束型微尺度反应技术——吸附相反应技术的机理和特点,并提出了吸附相反应得以进行的两个关键因素:吸附层的形成和反应发生的具体场所。在总结已有研究成果的基础上,提出了本论文的研究设想和实验思路。 按照实验设想,作者首先选择了四个体系进行实验,对吸附质(抗坏血酸、AgNO3、柠檬酸钠、NaOH)在吸附层和乙醇体相中的分配对吸附相技术制备Ag/SiO2影响进行了研究,发现吸附质在吸附层中的分配比例较大时,生成的Ag粒子较小,分散比较均匀;NaOH是一种易于富集于吸附层的吸附质,对比实验证明吸附层就是Ag粒子的生成场所,并确定了以NaOH为吸附质的体系作为后继实验的研究对象。 针对NaOH作为吸附质的确定体系,作者设计了NaOH浓度、温度以及水浓度等实验,并结合电导率仪、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射仪(XRD)、电子能谱仪以及UV-Vis光谱等多种表征手段对反应过程进行了研究,发现:(1)NaOH浓度增加将导致NaOH在吸附层相和乙醇体相中的分配比先增加后减少,Ag粒子粒径则先减小后增大;(2)水浓度增加将导致硅胶表面NaOH吸附量将逐渐增加,Ag粒子粒径则逐渐减小,分布变均匀;(3)温度升高将导致硅胶表面NaOH吸附量逐渐增加,生成Ag粒子的时间和Ag粒子粒径都在25~40℃之间存在突变。 作者在深入探讨吸附相反应技术中吸附层的形成、NaOH的分配以及Ag的生成反应三个基本过程机理的基础上,提出:体系中存在乙醇体相、硅胶表面和吸附层三个反应场所,不同反应场所Ag粒子的生成机理不同,导致Ag粒子形貌的改变;不同的实验条件就是通过改变Ag的生成反应场所来最终改变Ag粒子形貌。以此为基础上,作者分析得到了NaOH浓度、水浓度和温度对Ag形成机理的影响规律:(1)NaOH浓度的变化改变了NaOH在吸附层和乙醇体相中的浓度差,两相中NaOH浓度差的大小决定了Ag的生成场所;(2)水浓度的变化改变了吸附层的厚度,吸附层的厚度决定了Ag的生成场所;(3)温度对吸附层的厚度有重要影响,吸附层厚度的变化改变了Ag的生成场所。 论文最后总结了论文工作,并提出了论文没有解决的问题,为以后进一步的研究工作明确了方向。
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