基于取向冷冻技术设计制备的宏观三维有序纳米组装体及性能研究-无机化学专业论文.docx

University University of Science and Technology of China A d issertation for doctor’S degree Design。Fabricationa riCation anCl Performances of 3D Ordered Macroscopic Assem bl ies from ■■I■ Nanomaterials VIa DIreCtIonaI ■● FreeZIng Anfhor’S Name： Huai—Ling Gao Speciality： Inorganic Chemistry Supervisor： Prof．Shu—Hong Yu Finished time： May,2016 万方数据 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确 的说明。 作者签名：壶!坠吟 签字口期：丕堑丝：堑：2 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学 位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸至论文的内容相一致。 必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名：高!匝曰公开口必威体育官网网址(——芽) 纱／-I￡磊￡鸟 导师签名： 签字日期：趁“!墨：≥ 签字日期： 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 伴随着纳米科技的迅速发展，各种高性能纳米材料不断问世，其潜在应用价 值已经渗透到各行各业中。然而，单一的纳米结构单元并不能满足实际应用的迫 切需求。将其组装成具有多级有序结构的宏观三维纳米组装体材料，成为进一步 推动其实际应用的必要途径。目前，虽然国内外在宏观三维纳米组装体的构筑和 应用方面取得了一系列进展，但在宏观尺度上对其微纳结构进行精确调控，仍然 处于随机探索阶段，实现宏观三维纳米组装体的实际推广应用还面临着很多关键 科学问题和技术难题。发展便捷、高效、可控的宏观三维组装方法将是解决各领 域对新型宏观三维纳米组装体材料迫切需求的重要策略之一，近年来受到研究人 员的广泛关注。本论文着眼于这一点．首先综述了宏观三维纳米组装体材料在各 领域中的应用研究进展，重点阐述了目前用于制备宏观三维纳米组装体材料的各 种组装方法，同时重点阐述了取向冷冻技术的研究进展以及其在材料结构调控方 面的先进技术优势。基于此，我们旨通过进一步探索和挖掘基于取向冷冻技术的 新型宏观三维组装方法，对不同纳米结构单元在宏观尺度的三维空间进行结构的 有序调控，以设计和构筑多种具有三维有序结构的新型宏观纳米组装体材料，并 满足相关领域实际应用需求的目标。所取得主要研究结果如下： 1．探究了一种可通用于多种纳米结构单元的简单宏观三维组装方法。通过单 向冷冻方法首次制备出一种具有取向有序多孔结构的宏观三维壳聚糖泡沫框架 材料，然后利用该框架材料所特有形状的可回复性、强吸水性以及对纳米材料的 强静电吸附性，以其作为不同纳米结构单元的支撑模板，我们实现了对不同维度 的纳米结构单元(包括零维的纳米颗粒、一维的纳米线以及二维的纳米片)的宏 观三维有序组装。结果表明所得的三维有序结构宏观纳米组装体不仪保留了原本 支撑框架所特有的形状记忆性能，同时被赋予相应纳米结构单元所特有的功能性。 2．基于有序结构壳聚糖弹性框架材料，发展了一种纳米催化剂固定化反应器的 制备方法。在此，我们通过调控取向冷冻参数获得了几种具有不同孔径尺寸的载 体框架，并系统地研究了框架孔径尺寸对其弹性回复速度和最终所得固定化反应 器催化效率的影响。结果表明，基于该柔性宏观三维有序框架结构的纳米催化剂 固定化反应器实现了良好的连续液相催化效果和光催化降解有机染料效果。该纳 米催化剂载体材料由于其独特的取向多孔结构、强吸水回弹性能以及对多种纳米 催化剂的通用性载附，使其相比传统纳米催化剂载体材料具有诸多优势。 3．发展了一种适用于一维纳米线的宏观二维有序组装方法，利用单向冷冻技 术在没有使用任何聚合物胶黏剂的情况下成功地将一维银纳米线组装成了具有 万方数据 摘要三维有序多级结构的可自支撑宏观组装体材料。该组装方法不仅操作简单，可以 摘要 三维有序多级结构