《多功能納米空心球的漸進前沿製備和高性能化研究》是依託大連理工大學,由李祥村擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多功能納米空心球的漸進前沿製備和高性能化研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李祥村
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多功能化和高性能化是空心球製備的關鍵技術。針對這一難題，本項目提出氣溶膠法漸進前沿製備多功能納米空心球的新思路。研究液滴表面漸進前沿揮發速率、前驅物漸進梯度聚合前沿和空心球結構參數之間的關係，建立空心球製備的漸進前沿模型。研究球殼中功能元素種類和分布狀態對光電子和正空穴結合幾率以及光電子轉移阻力的影響規律；研究功能元素在半導體空心球殼中的價態以及與半導體空心球的結合狀態和作用機理，元素濃度和種類對空心球吸光範圍、光電子轉移和能帶的影響規律；揭示功能空心球光吸收和轉化效率極高的獨特機理。根據空心球表面性質、結構參數和組成對其光電轉換、催化、吸附等功能的影響，最佳化製備參數，製備具有多功能的新型材料，擴展氣溶膠法套用範圍和納米材料合成理論。漸進前沿機理製備納米空心球的提出，空心球結構參數和表面性質可控、多功能化、空心球高的光吸收和轉化效率是本項目的特色。
結題摘要
納米空心球在藥物輸送、光電功能轉換、儲氫和儲能、感測器和微反應器等方面極具套用潛力，空心球材料的研發和功能化已成為微/納材料領域的持續研究熱點。本項目巧妙地將化工傳遞原理套用於功能空心/大孔材料的設計製備中，提出氣溶膠法漸進前沿製備多功能納米空心球的新思路。首先研究了乳化/微乳液滴的性質及其對晶體生長的控制機理；然後以乳化/微乳液滴為模板，調節反應時間或溫度，控制前驅物由表面向核心的反應前沿，採用氣溶膠法製備了孔徑和孔密度可控的功能化多孔球。揭示納米顆粒中孔對物質的傳遞促進效應，引入腐蝕液去除未進入反應前沿的前驅物，製備了壁厚不同的TiO2/SiO2/Fe2O3功能空心球。研究了Fe2O3、CdS、聚吡咯(PPy)等無機/有機材料與TiO2/SiO2空心球表面的結合狀態和作用機理，揭示了空心球/功能元素間的界面電子轉移和p-n結效應的形成機理；製備出TiO2/CdS、TiO2/SiO2/Fe2O3/PPy和TiO2/PPy可見光(400-800nm)染料催化降解材料、H2O2檢測材料和高性能光電轉換材料。同時製備了磁性易回收的有機染料吸附空心球。 拓展漸進前沿法製備空心材料的機理，成功合成出孔徑為~20nm的片狀氫氧化鎂及氧化鎂晶體。其中氧化鎂的BET表面積高達140-200m2/g，具有優異的吸附性能（吸附能力：剛果紅471-588mg/g, 甲基橙370mg/g，蘇丹紅180mg/g）。該方法的主要意義在於可簡單製備出具有雙介孔結構（1-5nm; 10-50nm）的晶體吸附材料、實現選擇性吸附，降低材料內部的擴散阻力，提高被吸附物質和材料活性位的接觸幾率。
