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金属纳米粒子由于其独特的磁性、光学、力学、电学、催化性能以及特殊的机械性能,在新材料领域发挥着愈加引人注目的作用。纤维素是地球上最为丰富的可再生资源之一。利用可再生资源制备金属纳米粒子新材料具有新型、绿色等重要意义。本论文主要工作包括以下三个方面:
1、基于纤维素的金属纳米粒子可控制备。选用天然木材为原料,通过机械球磨的方法制备木材纳米材料。木材基体通过这一粉碎研磨过程比表面积大大增加,木材组成中可溶性成分在这一过程中溶解于水相溶液;不溶性成分以固相微纤的形式存在,微纤表面的官能团暴露在溶液当中。以木材纳米材料微纤表面及溶液中所含的官能团为天然的还原剂和稳定剂,通过水热法合成得到了一系列金属纳米粒子,包括纳米铂、纳米金、纳米钯、纳米银及纳米铁氧化物等。对反应过程中时间、温度、前体浓度、体系pH值等条件进行了详细研究,通过对各可控实验条件的调节,实现了对上述金属纳米粒子形貌、粒径的控制。这种新型、绿色的木材纳米材料在纳米粒子的制备方面具有很高的应用价值。
2、木材纳米材料制备金属纳米粒子机理研究。通过主要成分逐一考察的方法,研究了木材纳米材料还原金属前体及稳定金属纳米粒子的机理。木材纳米材料中主要成分为木质素、纤维素、半纤维素,对这三种成分的还原作用及其对金属纳米粒子的稳定作用进行了逐一考察,并且对其还原及稳定作用强弱作了对比分析。另外,通过加工多种树种,考察了不同种类木材纳米材料用于制备金属纳米粒子的可行性,从而明确本论文所述方法具有广泛适用性。
3、金属纳米粒子/木材纳米材料复合物应用探索。以本论文所述的方法制备得到了负载在木材纳米材料基体上的多种金属纳米粒子,这种基于纤维素木材纳米材料的金属纳米粒子/木材纳米材料复合物是以绿色可再生的木材纳米纳米材料为基体通过静电相互作用结合的一种新型材料。采用分光光度法,以水相催化转化对硝基苯酚为模型反应,考察了铂纳米粒子/木材纳米材料、金纳米粒子/木材纳米材料复合物对这一反应的催化活性及稳定性;采用气相色谱法,以Suzuki加成反应为模型反应,考察了钯纳米粒子/木材纳米材料复合物对这一加成反应的催化活性及稳定性;另外考察了银纳米粒子/木材纳米材料复合物的抗菌性能。以木材纳米材料为绿色载体的新型金属纳米材料在催化、抗菌、水处理等领域具有一定的应用价值。