基于纳米AgCl的功能材料的制备及性能探索

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纳米粒子具有小尺寸效应、宏观量子隧道效应和比表面效应等很多常规材料不具备的特殊性能,这些特殊性质使得纳米材料本身的光学、电学和磁学等性能有了很大改进,在能源、生物医学、电子信息和环保保护等方面具有广阔的应用前景。AgCl纳米颗粒除了具有常规纳米颗粒共有的性质外,还因其特有的感光性、抗菌性和无毒无害等性质而用途广泛。例如,过渡金属Ag(I)为广泛应用于吸附脱硫的活性物种。而且AgCl纳米颗粒广泛用于杀菌和光催化等方面的研究。目前微乳液法是合成AgCl纳米颗粒比较常用的方法,但微乳液体系包括表面活性剂、助表面活性剂、水相和油相,体系比较复杂,影响因素比较多,较难控制。本文开发了表面活性剂辅助的共沉淀法,利用新方法合成了AgCl纳米颗粒,并探索了基于AgCl功能材料的用途。主要研究内容包括:  ⑴通过表面活性剂辅助的共沉淀法合成了AgCl纳米颗粒。在制备过程中,无需油相及助表面活性剂,大大简化了传统的合成体系。通过调节反应温度,可以改变颗粒的大小和形貌。从扫描电子显微镜(SEM)结果可知反应温度从40℃增加到80℃,相应的粒径从110nm增加到335 nm,形貌从球形向立方形转变。AgCl纳米颗粒粒径比较均匀,颗粒之间有明显的界限,未发现团聚现象。表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)在AgCl纳米颗粒合成过程中起到了分散剂的作用,CTA+吸附在AgCl表面形成保护层,避免了颗粒之间碰撞团聚。将所合成的AgCl纳米颗粒用于吸附脱硫,结果表明吸附脱硫性能与纳米颗粒的大小相关,粒径越小吸附脱硫性能越好。  ⑵在制备好的AgCl纳米溶胶基础上,本文进一步以CTAC为分散剂,正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,对AgCl进行表面改性合成了多孔的AgCl@SiO2核壳纳米复合颗粒。表征结果表明SiO2成功的包覆在了AgCl纳米颗粒表面,并且为多孔的壳层。包覆SiO2之后的颗粒粒径依然比较均匀,形貌为球形,粒径为152nm,壳层厚度大概为21nm。考察了所制备材料的抗菌性能。通过对比AgCl纳米颗粒与AgCl@SiO2纳米复合颗粒的抗菌结果可知:两种材料都具有高效的杀菌作用,但循环几次使用后,AgCl@SiO2具有更加持久稳定的杀菌作用。主要因为AgCl纳米颗粒表面包覆SiO2壳层后,减缓了AgCl的光致还原作用,而且多孔的SiO2壳层使Ag+缓慢的释放出来,解决了AgCl抗菌剂易见光还原的缺点,具有持久稳定的抗菌作用。  ⑶在制备好的AgCl纳米溶胶基础上,利用抗坏血酸部分还原AgCl,对AgCl进行表面改性制备不同Ag含量的AgCl@Ag纳米复合颗粒,并研究其光催化降解甲基橙的性能。X-射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等表征结果表明样品由AgCl和Ag组成。由SEM观察AgCl@Ag纳米复合颗粒的形貌,合成的AgCl@Ag纳米复合颗粒粒径比较均匀,形貌比较规则,在AgCl颗粒的表面有少量Ag颗粒。从光催化降解甲基橙结果发现不同Ag含量的AgCl@Ag在模拟太阳光的冷光源日光灯照射下均能有效地降解甲基橙,并且其光催化活性优于二氧化钛。随着样品中Ag含量的减少,光催化性能逐渐增强。
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