室溫離子液體中納米材料超聲製備的機理研究

《室溫離子液體中納米材料超聲製備的機理研究》是依託南京大學，由楊躍濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：室溫離子液體中納米材料超聲製備的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊躍濤
• 依託單位：南京大學

項目摘要

超聲空化所引發的物理和化學環境為納米材料的製備提供了重要途徑。空化的物理和化學效應強烈地依賴於空化泡內的氣體組分，因此溶劑的選擇顯得尤為重要。具有非揮發性或零蒸氣壓的室溫離子液體在納米材料製備中有許多優點，是超聲反應的新型綠色溶劑。目前對離子液體空化特性的研究還不多，關於離子液體中納米材料超聲製備的基礎性研究也很少見。我們擬對典型的離子液體進行研究，通過實驗間接測定聲場條件、環境溫度和氣氛與空化溫度和壓力的關係；建立離子液體空化泡運動的動力學模型，對影響超聲空化的物理參數以及聲場參數進行數值模擬，初步揭示離子液體的空化特性。在此基礎上採用超聲技術製備代表性的金屬、半導體和鑭系配合物納米材料。研究和明確離子液體的空化特性對納米材料結構生成的作用途徑。項目的開展對探明離子液體的空化特性，明確納米材料的超聲製備機理和開發新型的納米材料製備技術都有著重要意義。

結題摘要

超聲輻照引發的物理和化學環境為納米材料的製備提供了重要途徑。室溫離子液體是近年來興起的綠色溶劑, 室溫離子液體作為一種有機鹽類具有非揮發性或“零”蒸氣壓。將超聲輻照和離子液體相接合，在納米材料製備中具有簡便、高效和綠色等優勢，有著良好的套用前景。我們開展室溫離子液體的空化特性研究，基於氣泡壁Rayleigh-Plesset運動方程，對離子液體的物理參數以及空化聲場參數進行數值模擬，建立了離子液體空化泡運動的動力學模型。 結果表明與傳統溶劑不同，離子特體空化泡內溫度和壓力隨環境溫度升高而明顯上升。採用甲基自由基複合法對離子液體的空化溫度進行了間接實測，結果表明離子液體的空化溫度不隨超聲時間的延長而降低，並隨環境溫度升高略有上升。產生這一獨特現象的原因是隨環境溫度升高，離子液體的粘度急劇下降，同時當環境溫度升高時，離子液體的蒸汽壓仍趨於零。離子液體這一空化特性有望突破超聲化學反應中“溫度上限”的限制。進一步選取適宜的超聲技術製備代表性納米材料。在室溫離子液體溶劑中我們系統地開展了氧化鋅、二氧化鈦納米材料和稀土配合物摻雜二氧化矽凝膠的超聲製備和結構性能研究，同時在其他典型溶劑中如三甘醇，二乙醇胺和乙醇中開展了對比實驗研究，結合聲場條件和溶劑的空化特性，研究超聲製備機理並提出可能的反應模型。研究結果表明納米產物的形貌和性能與超聲輻照和離子液體的共同作用密不可分。在室溫離子液體、三甘醇和二乙醇氨溶劑中成功製備了稀土離子，鎘離子及鎂離子摻雜的納米氧化鋅材料，首次實現以離子液體為溶劑摻雜氧化鋅納米材料的製備。突破了常規合成中因熱力學平衡導致的高濃度摻雜時相分離的局限，對新型納米功能材料的合成具有重要意義。其中鋅和鎘離子的摻雜可有效地調控氧化鋅納米材料能隙和發光性質，而稀土離子摻雜獲得了基於氧化鋅能量傳遞的銪離子發光。利用超聲溶膠法在室溫下製備二氧化鈦納米材料。以室溫離子液體為溶劑實現了稀土離子摻雜的金紅石相二氧化鈦納米晶，發現了經由二氧化鈦吸收導致的稀土發光，避免了用常規熱處理法獲得金紅石樣品時稀土的分相。項目的開展闡明了離子液體的空化特性，對納米材料的超聲製備機理和開發新型的納米製備技術都有著重要意義。上述工作，申請人作為第一或通訊作者在《中國科學》G輯和CrystEngComm（影響因子3.89）等期刊發表SCI論文五篇，EI論文四篇，ISTP論文三篇。