以超支化聚合物为模板制备硫化锌和二氧化硅及性能研究

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纳米硫化锌作为Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体化合物,在平板显示器、太阳能电池、发光二极管、光催化、传感器等诸多领域应用广泛。介孔二氧化硅具有孔道尺寸可控、热稳定性和化学稳定性优异等特点,在催化化学、传感器和分子识别等领域具有良好的应用前景。传统的嵌段聚合物模板技术难于控制硫化锌和二氧化硅的形貌,限制其应用领域。超支化聚合物是一种具有高度不规整的支化结构、三维立体、内部有空穴的特殊大分子聚合物,其独特的结构可螯合离子、吸附小分子,也可作为小分子反应器,同时其表面大量活性端基可进行功能化改性。本文以超支化聚合物为模板制备硫化锌和二氧化硅,并研究形貌可控性、尺寸稳定性和性能,详细研究内容如下:  (1)以乙二胺、二乙烯三胺和丙烯酸甲酯为主要原料制备了4种不同分子量的端氨基超支化聚酰胺(AEHPA),通过红外光谱和核磁谱图表征了AEHPA的结构。以第二代端氨基超支化聚酰胺(AEHPA-2)为模板,利用水热法制备纳米硫化锌,研究了AEHPA-2的用量、反应温度、反应物配比和反应时间等因素对纳米硫化锌形貌的影响,获得了球形、立方形和菜花形三种形貌的纳米硫化锌,通过XRD、XPS、PL光谱等技术表征了它们的结构、表面元素构成和光学特性。研究了以4种不同分子量的AEHPA为模板制备尺寸可控的球形纳米硫化锌,通过SEM、XRD、XPS、PL光谱等手段研究了AEHPA分子量对纳米硫化锌形貌、结构和光学性质的影响规律,并探索了不同分子量AEHPA制备的纳米硫化锌的光催化降解性能,结果显示以AEHPA-2为模板制备的纳米硫化锌在光催化降解罗丹明B溶液的效果最好。  (2)以AEHPA和P123为双模板剂,以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源制备介孔二氧化硅。研究了AEHPA的用量、分子量对介孔二氧化硅形貌的影响规律,通过XRD和物理吸附-脱附测试了介孔二氧化硅结构和孔径。结果表明:在一定范围内,增加AEHPA的用量可增大介孔二氧化硅的比表面积,其总孔容和BJH孔径也有一定变化。当加入AEHPA-2时,介孔二氧化硅的比表面积增加明显、总孔容略有增加、BJH孔径略有减小。在不添加AEHPA的条件下,制备的介孔二氧化硅的比表面积为634.9m2 g-1、总孔容为1.31cm3 g-1、BJH孔径为7.40nm,。当AEHPA-2与P123的质量之比为2.5:1时,介孔二氧化硅的比表面积将达到927.7m2 g-1、总孔容为1.42cm3 g-1、BJH孔径为6.10nm。分别以AEHPA-1,AEHPA-2和AEHPA-3为模板制备介孔二氧化硅,研究表明随着AEHPA的分子量增加,二氧化硅的比表面积、孔容和BJH孔径都将减小。在AEHPA与P123的质量之比为2:1的条件下,以AEHPA-1为模板制备的介孔二氧化硅的比表面积最大,为916.9m2 g-1、总孔容为1.41cm3 g-1、BJH孔径为6.15nm,而以AEHPA-3为模板制备的介孔二氧化硅比表面积仅为671.4m2 g-1、总孔容为0.98cm3 g-1、BJH孔径为5.82nm。  (3)以AEHPA-2为模板、乙醇和水为介质、正硅酸乙酯为硅源,通过溶胶-凝胶法制备了介孔二氧化硅,通过TEM、XRD和物理吸附-脱附测试了介孔二氧化硅的形貌、结构和孔径特征,结果表明介孔二氧化硅比表面积、孔容和孔径都较高,且孔径分布窄,得到的介孔二氧化硅比表面积为487.4m2 g-1、总孔容为0.37cm3 g-1、BJH孔径为3.04nm。  (4)以端羧基超支化聚酯(HyPer C102)为模板、二氧六环和氨水为介质、正硅酸乙酯为硅源制备了多孔二氧化硅微球,通过TEM和物理吸附-脱附测试了二氧化硅微球的形貌和孔径特征,探讨了HyPer C102用量、蒸馏水的用量、氨水和水的配比、TEOS用量等因素对二氧化硅微球形貌的影响。结果表明在不添加端羧基超支化聚酯时,合成的二氧化硅微球直径约为500nm,为无孔结构,当加入HyPer C102后制备的二氧化硅微球直径降到200nm,有明显的孔结构,比表面积为15.18m2 g-1、总孔容为为0.05558cm3 g-1、BJH孔径为14.65nm。
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