基于介孔氧化硅的磁热双效复合材料和聚合物电解质的制备及基础研究

发布时间：2020-11-18 03:56

　　 介孔二氧化硅材料在材料学、化学、生物科学等多个学科领域有着广泛的应用,但由于其少量的弱酸中心,基本不具备催化性能,不能充分发挥其作为介孔材料的优越性。因此,通过向二氧化硅中掺杂其他原子或原子团形成介孔复合材料,或者在二氧化硅的改性材料中加入聚合物,从而拓宽介孔氧化硅的应用范围,成为近年来研究的热门课题。本文从两个方面对二氧化硅及其改性材料进行研究:一、通过β-环糊精作稳定剂,合成直径约为16 nm的γ-Fe_2O_3纳米粒子,并通过简易的一步法,成功地合成了高度分散负载γ-Fe_2O_3和Au纳米颗粒的介孔二氧化硅。TEM分析表明,复合材料中的γ-Fe_2O_3–Au具有规则有序的形貌、高度的分散性及均一的尺寸,XRD、M-H回线、N_2吸脱附等表征方法都表明γ-Fe_2O_3–Au@m-SiO_2纳米复合材料拥有较好的磁性特征,有序的介孔分布及高的比表面积。二、以PVDF-HFP为基质,将改性二氧化硅通过流延法制备了SiO_2-SO_3Li/PVDF-HFP凝胶聚合物复合功能膜,并将上述复合功能膜用于锂离子电池和锂空气电池中。通过SEM、TEM、元素分析、XRD、接触角、电化学测试及电池测试等手段对复合膜进行表征,结果表明:所得SiO_2-SO_3Li/PVDF-HFP薄膜均匀,具有规则的六边形孔道,且与PVDF-HFP薄膜相比,结晶度降低,无定形区域增加,这表明聚合物链的链段运动增多,可加强锂离子的移动。T=20℃下,SiO_2-SO_3Li/PVDF-HFP凝胶聚合物电解质的离子电导率在1 mol L~(-1) LiTFSI/TEGDME达到7.64×10~-44 S·cm~(-1),在1 mol L~(-1) LiPF_6/EC-DEC中可达到2.58×10~-33 S·cm~(-1)。另外,在0.5 mA/cm~2电流密度下,SiO_2-SO_3Li/PVDF-HFP凝胶聚合物电解质可持续循环充放电720 h,且过电位仅为40 mV,充放电性能远远优于PVDF-HFP。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33;O631
【部分图文】：

介孔材料MCM-41结构

图 1-2 介孔氧化硅形成机理示意图：（a）液晶模板机理；（b）协同组装机理gure 1-2 Formation mechanism of mesoporous silica: （a）Liquid-Crystal Templating Mechanism（b）Cooperative Formation Mechanism除上述介孔材料合成导向机理外，Davis 等提出了“胶棒组装”机理[22]。余承观/宏观的角度出发，提出了胶体相分离合成机理，日本科学家 Kuroda 等提出理，上述机理经过科研工作者的不断补充，能对介孔材料的制备与研究起到一

图 1-3 磁性纳米二氧化硅材料的分类示意图Figure 1-3 The classification of magnetic nano silica materials磁性介孔复合材料的合成一般有 3 种方法，分别是溶胶-凝胶法[50-52]、后灌注法[5354]、纳米浇铸法[55-58]。溶胶-凝胶法主要通过在磁性离子外包裹介孔壳层，得到核-壳结构的磁性介孔材料。后灌注法是将磁性纳米粒子引入至事先已经合成好的介孔孔道内或者向介孔材料注入磁性纳米粒子的前驱体，前驱体通过在孔道内原位转化为所需的磁性纳米粒子。纳米浇铸法是将客体前驱物和磁性纳米粒子混合，填充至硬模板剂孔道中然后原位转化为含有磁性纳米粒子的复合物，最后去除模板剂，得到磁性介孔复合材料采用以上方法，可合成球状、棒状等不同形貌的磁性介孔材料[59, 60]。Deng 等提出了表面活性剂直接介入的溶胶-凝胶法合成磁性介孔氧化硅微球，所得微球具有典型核-壳结构和均匀规则的球形状，其形貌图如图 1-4，并且磁性介孔氧化硅球易分散于水溶液中，有利于在药物传输方面的应用[59]。Zhang 等利用油酸稳定的磁性纳米粒子为核，成功的合成了具有有序介观结构的磁性纳米氧化硅复合微球[61]。Sanche
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本文编号：2888298