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本论文以纳米孔过渡金属磷酸镍分子筛VSB-1和VSB-5为主体材料,在其孔道中进行了纳米金属、半导体等多种客体材料的组装,对从材料的制备、表征、组装到材料的性质开发的整个过程进行了系统的研究。还合成了多孔的CeO2纳米结构,并进行了纳米Au负载,对材料的制备、表征以及性质研究进行了系统研究。
在前人工作的基础上,合成出了纳米孔VSB-1和VSB-5,并首次合成了VSB-5纳米晶体。以纳米孔VSB-1为基体,采用离子交换方法,在温和的条件下,在纳米孔VSB-1的孔道中进行了纳米Ag的组装,由于孔道的限制作用,所制备的纳米Ag结构尺寸均一,为0.9nm。由于纳米Ag的尺寸与其费米波长相当,表现出明显的量子限域效应,紫外吸收光谱上出现强的半峰宽很窄的等离子共振吸收峰,相对于100nm的Ag,其吸收峰峰位有巨大的蓝移。由于所制备的纳米Ag具有很强的量子吸收以及很窄的吸收峰,有望在分子识别以及下一代量子器件等方面有应用前景。
以纳米孔VSB-1为模板,在其孔道中成功制备了尺寸均—的为0.9nm的ZnO阵列,由于所制备的纳米ZnO的尺寸小于其激子玻尔半径,ZnO表现出显著的量子限域效应。样品的紫外可见吸收光谱上出现一个明显的激子吸收峰和一个吸收肩,激子吸收峰的半峰宽很窄,峰位相对于体相有巨大的蓝移。以氙灯作为激发光源,在PL光谱上可以观察到所制备的ZnO在380nm有窄的发光峰。由于所制备的纳米ZnO具有显著的量子限域效应,这些都为短波半导体激光器以及下一代的半导体量子器件的制备提供实验基础。
以纳米孔VSB-1为载体,在其孔道中制备了0.9nm的ZnS阵列,所制备的ZnS具有明显的量子限域效应,其UV-vis光谱上出现一个明显的激予吸收峰和一个吸收肩,该吸收峰相当于体相有126nm的蓝移。在此基础上,在VSB-1的孔道中制备了纳米Ag和ZnS的异质结构,Ag/ZnS纳米异质结构为一维的纳米线,直径为0.9nm,由于纳米Ag和ZnS之间强的量子耦合效应和相互间的电子转移,异质结构中Ag和ZnS的吸收峰峰位相对于纯的Ag和ZnS的吸收峰峰位发生变化,向相互之间移动。由于所制备的纳米异质结构之间有强的量子耦合和明显的电子转移,有望作为高效的光催化剂,同时也为下一代量子器件的数字电路提供实验基础。
以纳米孔VSB-5纳米晶体为模板,在其孔道中进行了Ag的组装,研究了主客体效应,纳米Ag具有明显的量子限域效应,其等离子共振吸收峰也表现出巨大的蓝移,由于VSB-5的孔道较大,在其中制备的纳米Ag的尺寸大于在VSB-1中制备的Ag的尺寸,因此其吸收峰位相对于Ag-VSB-1略有红移,并且吸收强度略小。以Ag-VSB-5为异相催化剂,双氧水为氧化剂,在苯乙烯的催化氧化中,可以将苯乙烯直接催化氧化为苯乙醛的聚合物,聚合物的聚合度随反应时间的变化而不同。所制备的Ag-VSB-5纳米复合材料可作为氧化还原反应的高效纳米催化剂,在有机合成等方面有应用前景。
以纳米孔VSB-1为主体材料,还在其孔道中进行了Ag2O等其它半导体的组装研究。
在温和的条件下大量的合成了尺寸均匀多孔CeO2纳米粉体,表现出明显的量子限域效应,吸收光谱研究表明其吸收边有蓝移,在紫外区域有强的吸收,以CO的氧化反应为氧化催化的探针反应,结果表明具有良好的催化活性。以所制备的纳米CeO2为载体,在其上负载了低含量的纳米Au,所制备的纳米复合材料在CO的氧化反应中的催化活性显著增强,并且具有良好的稳定性。经过抗坏血酸处理的复合材料的催化活性进一步的提高,同样具有良好的稳定性。由于该催化体系可以快速的将高浓度的CO在高流速的条件下完全转换,并且稳定性好,在高温仍然保持活性,可以用于汽车的尾气处理,CO的消除以及其它氧化催化体系。