丝蛋白纳米纤维调控合成纳米氧化铁及其机理研究

发布时间：2018-02-08 15:28

本文关键词： 丝蛋白氧化铁磁性材料锂离子电池　出处：《苏州大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：铁作为自然界中储量最大的金属,其氧化物纳米材料在光、电、磁等方面表现出卓越的性能,从而在能量存储、生物医学等领域具有广泛的应用前景,然而纳米氧化铁的水分散性、充放电过程中能量的严重衰退等问题一直是有待解决的关键问题。另外,丝蛋白由于具有可控的纳米结构与二级结构已经被广泛应用于组织再生、药物释放、光电应用等各个领域。特别是最近几年,以丝蛋白为模板调控纳米材料的生成,在纳米材料形貌控制,提高材料稳定性等方面表现出优异性能。本学位文主要以具有特定结构的丝蛋白为模板,利用其可控自组装纳米结构调控合成不同形貌及不同功能的纳米氧化铁,并且还对它们的形成机理进行了研究。同时,本论文工作还研究了这些不同形貌纳米氧化铁材料在磁学、生物医学和电学领域的应用。论文主要包括以下几方面内容:(1)丝蛋白纳米纤维模板法制备橄榄状中空碳复合四氧化三铁(Fe3O4/C)纳米材料。丝蛋白纳米纤维为模板、氯化铁为原料,通过水热法、Ar煅烧法合成了大小可控、形貌可控的橄榄状中空Fe3O4/C纳米材料。整个反应过程中未添加任何其他化学试剂,简单方便。通过改变反应体系中丝蛋白的含量和反应时间,我们能有效地调控此纳米球的形貌、尺寸与结构;同时我们还提出了丝蛋白纳米纤维对橄榄状中空Fe3O4/C纳米球的调控机理。将合成的Fe3O4/C纳米球作为锂电池负极材料,我们测定了此锂电池的电学性能,结果表明Fe3O4/C纳米球具有良好的充放电性能及循环稳定性,是一种潜在的锂电池负极材料。(2)石墨烯-丝蛋白纳米纤维复合材料模板法制备石墨烯复合三氧化二铁(Fe2O3/Graphene)纳米棒。鉴于石墨烯具有优异的电学性能,本章研究采用水合肼还原氧化石墨烯的同时诱导丝蛋白形成纳米纤维,然后以此石墨烯-丝蛋白纳米纤维复合物为模板,采用水热法合成了Fe2O3/Graphene纳米棒。通过对不同反应时间下产物的形貌与晶型进行相关表征,我们还提出了Fe2O3/Graphene纳米棒的形成机理。与此同时,我们将制备的Fe2O3/Graphene纳米棒做为锂电池负极材料,电化学测试结果表明Fe2O3/Graphene纳米棒具有良好的充放电性能及循环稳定性,是一种潜在的锂电池负极材料。(3)丝蛋白模板法制备丝蛋白复合四氧化三铁(Fe3O4/SF)纳米材料。在乙二醇溶液中,丝蛋白自组装形成纳米线,然后通过溶剂热法合成了形貌、尺寸均一的Fe3O4/SF纳米球,并且通过改变丝蛋白的浓度来调控纳米球的尺寸。通过不同反应时间下产物的形貌与晶型的变化,我们还提出了丝蛋白调控合成Fe3O4/SF纳米球的机理。与此同时,相关表征结果表明:Fe3O4/SF纳米球具有很强的饱和磁场,可用于磁共振成像;同时,Fe3O4/SF纳米球表面的丝蛋白便于与其他生物分子相结合,可用于一些生物分子的富集与检测;(4)丝蛋白模板法、外加磁场诱导制备Fe3O4/SF纳米链材料。丝蛋白在乙二醇溶液中形成纳米线,然后以此丝蛋白纳米线为模板,通过外加磁场、采用溶剂热法合成了Fe3O4/SF纳米链。同时,我们还通过不同条件下产物的相关表征初步探讨了其相应的形成机理。综上所述,本学位论文以丝蛋白为模板,绿色地、可控地制备了多种形貌及功能的纳米氧化铁材料,并且还研究了其在磁学、生物医学和电学领域的应用。与此同时,本学位论文还通过研究不同形貌及结构的纳米氧化铁的合成过程提出了相应纳米氧化铁的形成机理。本论文研究结果表明:丝蛋白是一种理想模板;它能调控合成不同形貌、不同尺寸及不同功能的纳米氧化铁材料。这一研究结果进一步拓宽了丝蛋白在功能材料领域的应用,为制备其他新材料提供了理论依据。
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【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O614.811

【参考文献】