溶致液晶在纳米材料制备中的应用研究 2.docVIP

溶致液晶在纳米材料制备中的应用研究 李强强 应化111 1108032023 摘要 有序纳米结构材料是一类具有广泛应用前景的新材料, 在分离、催化、传感器等领域的应用潜力巨大。近年来, 利用溶致液晶模板合成纳米结构颗粒和薄膜材料的研究取得了一系列重要进展, 包括新纳米结构金属和半导体材料的合成、由过渡金属水合物与表面活性剂构建的新液晶体系、溶致液晶与其它模板结合制备具有多级孔结构的新材料、影响液晶体系及纳米结构材料有序性与稳定性的关键因素以及纳米结构形成机理等方面的内容。本文就上述几个方面近期的研究成果进行了总结, 并展望了利用溶致液晶模板合成纳米结构材料需要进一步深入开展的内容, 有助于化学、化学工程和材料科学等领域的相关研究工作。 关键词 溶致液晶 纳米材料 模板法 制备 自20 世纪80 年代以来, 模板法已发展成为一种重要的纳米材料合成技术。相关的研究工作已有多篇综述性文献报道[ 1～9] 。在已有的综述性文献中,主要讨论了硬模板在有序纳米材料合成中的应用情况, 即使涉及到软模板( 如溶致液晶) 方面的内容, 也只是简单的介绍[ 4，8] 。近年来溶致液晶及其在规则纳米材料合成方面的研究工作进展非常迅速, 不仅开发出新的液晶体系, 而且合成材料的范围也逐渐扩大, 对影响液晶体系与材料有序性、稳定性的关键因素取得了更为深入的认识。本文将系统总结近年来溶致液晶模板及其在纳米材料合成中应用方面取得的进展, 分析存在的问题, 指出发展趋势。 1 借助溶致液晶模板合成纳米颗粒 以溶致液晶为模板合成介孔材料, 反应条件温和且合成过程的可控性好[ 10] 。孔大小可通过改变表面活性剂烷基链长或添加适当的增溶剂等实现。棒状胶束的直径取决于表面活性剂碳链的长短, 而添加增溶剂也是改变胶束直径的一种有效方法。增溶剂进入由疏水基组成的空间, 使胶束溶胀, 达到增大直径的效果。 纳米结构半导体材料备受重视。由于其独特的电、磁和光学特性, 在纳米器件、太阳能电池和传感器等方面有潜在的应用前景。Karanikolos 等[11] 在PEO-PPO-PEOP水P对二甲苯形成的溶致液晶模板中, 利用H2Se 气体与溶解在水相的Zn( AC) 2H2O 反应生成多种纳米结构ZnSe, 如量子点阵、介孔球、介孔管及片状ZnSe。 柴永存等[12 ]以非离子型三嵌段共聚物EO106PO70EO106(F127)/正丁醇/氯铂酸水溶液构建的溶致液晶层状相为模板, 电化学沉积制备铂纳米材料. 透射电镜和扫描电镜显示, 产物为具有高长径比的纳米线形成的束状结构, 能量弥散谱与电极电势分析证实产物为铂单质, 而循环伏安测量表明产物的比表面积约为53 m2·g- 1. 对影响产物形貌的因素和产物生成的可能机理进行了分析. 用电化学还原液晶水相中的金属Pt 和Ru盐,可以得到大小均匀的介孔合金微球[13] 。与化学方法制备的PtRu 催化剂相比, Ru 的含量更高。该合金材料结合高比表面积和有序的纳米结构,在燃料电池中有重要的应用前景。实验结果证实, 其对甲醇电氧化反应有较高活性。 Kijima 等[14] 混合两种不同类型的表面活性剂(C12EO9 与Tween60 或SDS 与Tween60) 形成六方相液晶, 用水合肼还原溶解在水相中的金属离子, 得到了内径为3 ～4nm, 外径为6 ～7nm 的金属( Pt、Pd 和Ag) 纳米管, 并基于表面活性剂分子的结构参数, 提出混合表面活性剂模板机理。 王涛等[15 ]利用非离子表面活性剂Brij58 制备反六角相溶致液晶，以该反六角液晶为模板，以Cu( NO3)2水溶液代替体系中的水相制备铜纳米粒子。利用偏光显微镜、X 射线衍射和粒度分析仪对样品进行表征。实验表明，不同浓度下形成不同相的液晶，在400 ℃下煅烧可得到CuO 纳米材料 除了氧化物、半导体、金属、硫化物等材料, 用溶致液晶为模板还可以合成聚合物。Guo 等[16] 在SDSPn-C5H11OHPH2SO4 溶致液晶体系中电化学聚合制备了聚苯胺, 实验结果证实该液晶体系对苯胺电化学聚合具有催化作用。 Dag 等[17] 用聚氧乙烯类表面活性剂C12 EO10 与过渡金属水合物( M(H2O) nXm ) 制备了新的液晶体系, 认为过渡金属水合物中的水分子诱导表面活性剂分子聚集、自组装形成六方或立方相液晶, 过渡金属离子则以自由离子和离子对的形式均匀分布在液晶相中。将[ Cd ( H2O)4 ( NO3)2 ] 与C12EO10形成的液晶相与H2S 反应, 得到介孔结构的Cd