Brij97溶致液晶中制備類水滑石納米片及其組裝.pdf

1、類水滑石(LDHs)是由兩種或兩種以上金屬元素組成的具有層狀晶體結構的氫氧化物，其層板帶正電荷，層間為可交換的陰離子。在阻燃、催化、吸附以及藥物載體等領域有廣闊的應用前景。溶致液晶(LLC)是由一定濃度的雙親分子在溶劑中形成的長程有序結構，兼有液體可流動性和晶體各向異性的特點。LLC已廣泛用作合成納米材料的微反應器或模板。本論文采用Brij97構建的六角相溶致液晶或C12EO4構建的層狀溶致液晶作為微反應器來調控類水滑石形貌與結構，探索

2、溶致液晶中制備類水滑石納米結構材料的基本規(guī)律，分析產物的形貌與結構特征，為構筑類水滑石納米功能材料提供科學依據(jù)和基礎材料。
　　本文利用非離子表面活性劑Brij97和鎂、鋁混合鹽溶液構建六角相溶致液晶，以此作微反應器，通過優(yōu)化反應條件，制備比表面積大、厚度薄的類水滑石納米片。研究了表面活性劑濃度、無機鹽濃度、沉淀劑用量和反應時間對類水滑石形貌與結構的影響。在此基礎上，以液晶相中制備的類水滑石納米片為構建單元，通過層層組裝將類水滑石

3、包覆在聚苯乙烯納米球表面，經(jīng)煅燒或有機溶劑溶解去除聚苯乙烯內核，制得類水滑石氧化物及類水滑石納米空心球;另外，自液晶相中還制備了含稀土元素的鎂-鋁-銪三元類水滑石，對產物形貌與熒光性質進行了表征，并以此為構建單元制備了具有熒光性質的納米空心球。
　　本論文的主要研究內容包括:
　　(1)在六角相溶致液晶中制備鎂-鋁類水滑石。首先根據(jù)樣品的偏光織構和小角X射線散射特征，篩選構建穩(wěn)定液晶相的組成。采用稀氨水作沉淀劑，通過共沉淀反

4、應在液晶相水區(qū)制備鎂-鋁類水滑石。分別采用XRD、TEM、SEM、AFM、ICP、FT-IR、N2吸附-脫附、熱重等手段對類水滑石納米片結構、形貌及組成進行了表征。實驗結果表明，選用鎂、鋁離子物質的量之比為2∶1，陽離子總濃度為0.45 mol/L的鹽水與Brij97(56 wt％)可構建穩(wěn)定的六角相溶致液晶，控制沉淀劑實際用量為理論值的8倍，反應24 h，自液晶相中制備了類水滑石納米片，其橫向尺寸約110 nm，厚度2-5 nm，比表

5、面積128.81m2/g。利用溶致液晶微反應器法制備LDHs納米材料，產物片層薄，比表面積高，表明溶致液晶限域作用對產物形貌、尺寸及結構具有顯著的調控作用。
　　(2)以溶致液晶中制備的類水滑石納米片為構建單元，以聚苯乙烯小球為犧牲模板，通過層層組裝制備類水滑石氧化物及類水滑石納米空心球。在采用溶致液晶微反應器法制備類水滑石納米片的基礎上，利用無皂乳液聚合法制得粒徑為250 nm和820 nm的聚苯乙烯(PS)小球，將PS小球用聚

6、苯乙烯磺酸鈉(PSS)進行表面修飾，通過靜電作用，采用層層組裝法制備了聚苯乙烯小球@類水滑石(PS@LDHs)納米復合物。樣品經(jīng)過煅燒去除聚苯乙烯內核，得到結構完整的鎂鋁氧化物納米空心球，氧化物經(jīng)過結構重建還可以制備類水滑石納米空心球。實驗研究了分散介質、聚苯乙烯與類水滑石質量比、聚苯乙烯磺酸鈉濃度、聚苯乙烯粒徑、樣品包覆方式、煅燒條件對PS@LDHs納米復合物以及納米空心球產物結構的影響。實驗結果表明，固定聚苯乙烯與類水滑石的質量比為

7、5，聚苯乙烯納米球粒徑為820 nm時，LDHs樣品經(jīng)過超聲預處理，將PS小球滴加到類水滑石中，包覆物結構完整?？刂粕郎厮俾蕿?0℃/h，將復合物從室溫逐步加熱至450℃，恒溫5h后至樣品為白色，得到類水滑石的煅燒樣品。
　　(3)含稀土元素的鎂-鋁-銪三元類水滑石制備及熒光性能表征。利用非離子表面活性劑C12EO4、Brij97和鎂、鋁、銪的混合鹽溶液構建穩(wěn)定的溶致液晶，向其中加入稀氨水，通過共沉淀反應制備三元類水滑石。實驗結果

8、表明，在C12EO4層狀液晶相中控制表面活性劑濃度為50wt％，陽離子總濃度為0.45mol/L，并且鎂鋁銪的物質的量之比為2/0.8/0.2，沉淀劑實際用量是理論用量的3倍，反應48 h后能夠制備類水滑石納米材料，并且產物具有較好的熒光性質。將上述鹽濃度、陽離子比例條件與Brij97六角相溶致液晶相結合，也同樣制備了具有熒光性質的類水滑石。這表明溶致液晶微反應器法通用性強。在此基礎上，通過層層組裝與煅燒制備了含稀土元素、具有熒光性質的