利用多糖类生物模板制备特殊形貌的无机材料

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本论文主要研究了两种多糖类生物模板——细菌纤维素膜和葡聚糖凝胶引导下具有特殊形貌无机材料的仿生合成。以细菌纤维素膜为模板制备了SiO2纳米管构成的网状结构和TiO2纳米纤维构成的中孔网状结构,以葡聚糖凝胶G100为模板制备了微米级SiO2、TiO2和碳的中空球以及微米级TiO2/C、TiO2/ZrO2和TiO2/Ag复合中空球,并对TiO2参与构成的网状结构和中空球的光催化活性作了研究。 细菌纤维素膜是醋酸菌在生长过程中形成的一种具有网状结构的生物材料,它由纳米级的纤维素纤维相互交织而构成,我们首次考察了这种特殊的生物纳米结构在仿生材料合成中的模板功能。利用这种细菌纤维素膜为模板,以硅酸四乙酯为硅源,通过硅酸四乙酯在空气中的缓慢水解,制备得到了二氧化硅纳米管构成的网状结构,发现只有在一定浓度的TEOS溶液中,才能够得到形貌较好的二氧化硅纳米管构成的网状结构,当在反应液中加入酸或者碱提高了TEOS的水解速度后,均不利于形貌的复制。还以钛酸四丁酯为钛源,通过类似的溶胶凝胶复制法得到了由二氧化钛纳米纤维构成的中孔网状结构,并且研究了煅烧温度对于二氧化钛网状结构的形貌以及光催化活性的影响,发现500℃煅烧得到的二氧化钛产物不仅很好地复制了网状结构,而且也显示出较好的光催化活性。 葡聚糖凝胶是葡聚糖通过交联剂联结而成的一种具有微米级空球结构的生物分离介质,溶胀后的葡聚糖凝胶微球中存在大量的孔。我们利用商品化的葡聚糖凝胶G100为模板,通过TEOS在碱性条件下的水解,最终得到了二氧化硅的空球结构;将SiO2/G100复合体在600℃碳化得到了SiO2/碳的空心微球,然后用HF酸溶解掉二氧化硅得到了碳的空心微球,该微米空球不仅具有很大的比表面积而且它的壳层中还具有丰富的孔结构。还利用葡聚糖凝胶G100为模板,通过四氯化钛的水解得到了二氧化钛的微米空球。研究了四氯化钛水溶液的浓度、反应时间以及煅烧温度对于产物形貌以及光催化活性的影响,发现在0.1M的四氯化钛水溶液中反应8h后得到的TiO2/G100的复合物,经过500℃煅烧后得到的二氧化钛微米空球不但具有较好的形貌,而且具有相对最高的光催化活性。另外,将TiO2/G100中的G100碳化后我们得到了TiO2/碳的微米空球,并且这种复合物空球的光催化活性要比单纯的二氧化钛空球的光催化活性高出许多。还利用葡聚糖凝胶G100为模板,通过钛酸四丁酯以及锆酸四丙酯的同时水解,得到了TiO2/ZrO2的复合微米空球,并且通过光催化活性的检测发现在二氧化钛中混有少量的二氧化锆时,可以提高二氧化钛的光催化活性。此外,还合成得到具有较高光催化活性的TiO/Ag的复合微米空球。
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