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无机微/纳结构空心球是由纳米结构单元组成具有微米尺度的无机空心胶体球,这种独特的形貌结构展现了优异的物理化学性能和广阔的应用前景,目前已成为胶体球领域研究和开发的热点之一。模板技术在合成具有不同化学组成、形貌和尺寸的无机微/纳结构空心球方面已经取得了很大的进步,但是寻求易于操作、价格低廉的模板合成方法,可控地制备具有高性能的新颖的无机微/纳结构空心球仍是一项具有挑战性的课题。本文采用二氧化硅胶体球为模板,旨在发展新的、普适的无机微/纳结构空心球合成技术,同时探索组成、结构与性能之间的关系,为发展新型微/纳结构空心球的制备方法和应用奠定基础。
1.基于二氧化硅在碱性溶液中硅氧键被氢氧根离子打断的性质,提出利用二氧化硅胶体球在碱性溶液中作为化学模板合成硅酸盐壳层,并通过腐蚀除去二氧化硅模板得到硅酸盐空心球的方法。以硅酸镍空心球为例,研究了多孔硅酸镍空心球的形成过程和机理,初步考察了合成的硅酸镍空心球对模拟废水中染料分子的吸附性能。另外,研究了利用硅酸镍空心球原位处理制备二氧化硅和二氧化硅-镍复合空心球的机理及产物的性能。
2.将上述利用二氧化硅胶体球制备硅酸盐空心球的方法做了改进,提出在高温水热条件下、利用碱性反应溶液溶解剩余二氧化硅胶体球摸扳快速制备硅酸盐空心球的方法。以硅酸铜为例研究了在高温条件下硅酸盐空心球的形成过程和机理;同时将该合成方法拓展并成功制备了硅酸镁空心球,并在此基础上提出合成硅酸盐壳层的普适条件;探讨了合成的硅酸盐空心球对模拟废水中染料分子和重金属离子的吸附性能。
3.基于二氧化硅在碱性溶液中溶解消耗氢氧根离子的性质,提出利用二氧化硅胶体球模板诱导作用制备芯壳结构的方法。利用该方法合成SiO2@γ-AlOOH微/纳颗粒,研究了产物的形成过程和反应机理,并考察了产物对模拟废水中Cr(VI)离子的吸附性能和吸附机理。
4.依据二氧化硅胶体球和硅酸盐的化学性质,提出利用二氧化硅胶体球作为金属离子存储库制备II-VI半导体空心球的方法。以CdS空心球为例,研究了二氧化硅胶体储存和释放金属离子的机理及壳层厚度的控制因素。该合成方法拓展了利用胶体球模板存储转化合成空心球的思路,为空心球的合成提供了一种新的方法。