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论文依据生物矿化原理,建立了双模板体系中复杂结构碱土金属含氧酸盐的导向合成新途径。利用聚丙烯酰胺(PAM)与聚乳酸(PLC)自组装膜组成的三维双模板调控了复杂结构碳酸钡的合成;采用固/液聚合物双模板法成功制备了无定形碳酸钙,并考察了其在小分子介质中的晶型与形貌转变过程;以复配微乳液/氨基酸和复配微乳液/Mg2+双模板作为调控体系,完成了具有超级结构碳酸钙晶体材料的合成;在不溶性的聚合物微球和谷氨酸分子形成的双模板体系中制备了大孔碳羟基磷灰石,并考察了其对毒性离子Cd2+的吸附性能。本论文的主要内容如下: 1.建立了游离聚丙烯酰胺(PAM)与聚乳酸(PLC)自组装膜组成的三维模拟体系,并以此为模板,成功完成了具有复杂结构碳酸钡晶体的制备。实验过程中发现,调节双模板的组成可精确调控碳酸钡晶体的成核与生长。同时,体系的温度、pH以及反应时间等因素在晶体控制生长过程中起着重要的作用。在此体系中,成功制备了哑铃花状、竹筏状、刺球状等多形态的复杂结构碳酸钡晶体,并且发现这些晶体都是由针状或棒状等纳米微晶组装而成。在动力学研究的基础上,提出了纳米棒-哑铃花-刺球簇的形成机理。该研究为聚合物双模板调控合成复杂结构无机晶体材料提供了一条新的途径。 2.以聚己内酯自组装膜和聚丙烯酰胺修饰剂组成的固/液双模板为调控体系,合成了无定形碳酸钙。同时,首次尝试用有机小分子乙醇作为介质,考察了无定形碳酸钙-球霰石-方解石的转变过程。所得产物分别采用SEM、FT-IR和XRD进行了表征。结果显示,在乙醇分子的作用下,无定形碳酸钙先转变成亚稳相球霰石晶体,继而转化为稳定相方解石;形貌由无定形颗粒转变成规则的斜方六面体碳酸钙晶体,进一步形成孪生结构多层阶梯状结构。此研究为无定形碳酸钙转化法制备多形态碳酸钙提供了一种新颖的简单易行的调控模式。 3.以小分子修饰剂氨基酸或镁离子与复配微乳液组装形成的双模板作为诱导体系,成功制备具有复杂形貌与超级结构碳酸钙晶体材料。实验表明微乳液的有序界面与氨基酸或镁离子起到了协同调控作用。结果显示,甘氨酸/微乳液双模板可成功诱导碳酸钙空心球的形成,并借助SEM、XRD等技术动态考察了初级晶粒组装成碳酸钙空心球的过程。通过调节Mg2+/复配微乳液双模板中Mg2+的浓度可精确调控片状碳酸钙的自组装,形成火焰状、层状聚集体等复杂结构的碳酸钙晶体。本章还探讨了复杂结构碳酸钙晶体的形成机理,并建立了双模板体系中复杂结构晶体生长的“C-F-A”模型。 4.以细乳液聚合制备的不溶性的聚合物微球作为基质模板,谷氨酸分子作为桥联剂,采用双模板技术成功制备了碳羟基磷灰石(CHA),并进一步探讨了其形成机理。该研究有可能为大孔材料的制备提供新的调控路线。本章还研究了大孔CHA对水溶液中毒性离子Cd2+的吸附能力,并与羟基磷灰石(HA)纳米棒和本体HA粉末进行了比较。结果表明:大孔CHA的吸附效果最佳,而HA纳米棒次之,本体HA粉末的吸附效果最弱。当水溶液的pH达到7,吸附时间达到3 h时,CHA吸附Cd2+达到最佳效果。在此基础上探讨了其吸附Cd2+的作用机制,指出在吸附Cd2+过程中离子交换和颗粒表面形态对吸附效果至关重要。