聚多巴胺基纳米复合材料的制备及其在催化领域的应用

发布时间：2017-07-25 20:01

  本文关键词：聚多巴胺基纳米复合材料的制备及其在催化领域的应用

  更多相关文章： 聚多巴胺 金属纳米粒子 四氧化三铁纳米粒子 内嵌 催化剂 模拟酶催化

【摘要】：本论文基于聚多巴胺材料的特性和优点,探究了聚多巴胺基纳米复合材料的合成原理、合成方法、结构组成及其在催化领域的应用。最近,由于环境污染日益严重,探索出新型高效的催化剂对于污染物的处理有很大帮助。我们知道,纳米粒子如金属和四氧化三铁纳米粒子具有小粒径、比表面积大的特点,能够作为催化剂参与许多化学反应,用于许多污染物的处理。但由于在使用过程中易于团聚,很大程度上限制了它们的应用。因此选取一种基体材料固定金属或四氧化三铁纳米粒子具有重要的意义。聚多巴胺材料由于其独特的粘附性、分散性和化学活性使其在很多领域有着广泛的应用,并受到越来越多人的关注。本论文利用基于模板共价自组装的方法制备出中空内嵌结构的金-聚多巴胺和四氧化三铁-聚多巴胺复合微球,并对这些微球的微观形貌、结构组成和催化性能等方面做了详细的探究。具体研究的内容和结果如下:(1)首先以聚苯乙烯(PS)微球为模板,将多巴胺单体、聚苯乙烯微球在金溶胶中剧烈搅拌,多巴胺通过聚合-交联反应形成PS/Au-PDA复合微球,然后使用THF洗去PS核,制备了中空Au-PDA复合微球。(2)利用聚苯乙烯微球为模板,将多巴胺单体、聚苯乙烯微球在四氧化三铁纳米微粒的分散悬浮液中剧烈机械搅拌,多巴胺通过聚合-交联反应形成PS/Fe_3O_4-PDA复合微球,然后用THF为溶剂洗去PS核,合成了中空Fe_3O_4-PDA复合微球。(3)对所制备的中空Au-PDA复合微球和中空Fe_3O_4-PDA复合微球进行了形貌、结构和性能的表征,具体表征手段有:扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、热重分析(TGA)、磁性能表征。详细阐述了微球的结构和性能。(4)对所制备的中空Au-PDA复合微球和中空Fe_3O_4-PDA复合微球分别进行了催化还原亚甲基蓝和模拟酶催化实验的研究。通过改变浓度研究了其在不同浓度下催化过程的紫外光谱和对应的速率图。为研究其循环使用能力,分别对其进行了循环催化的测试。作为对比,我们也合成了表面负载型的PDA/Au复合微球和PDA/Fe_3O_4复合微球。结果显示中空内嵌结构的复合微球在催化过程中显示了很好的催化活性和更高的循环使用性,可以作为一种良好的催化剂进行环境污染的处理。
【关键词】：聚多巴胺 金属纳米粒子 四氧化三铁纳米粒子 内嵌 催化剂 模拟酶催化
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 课题研究背景、内容及意义11-34
• 1.1 聚多巴胺材料11-17
• 1.1.1 聚多巴胺材料的性质11-13
• 1.1.2 聚多巴胺材料的制备13-15
• 1.1.3 聚多巴胺材料的功能化15-17
• 1.1.3.1 聚多巴胺直接改性基体表面15
• 1.1.3.2 表面固定功能性分子15-16
• 1.1.3.3 表面沉积金属和金属氧化物16-17
• 1.2 金属纳米粒子17-20
• 1.2.1 金属纳米粒子的概念和种类17
• 1.2.2 金属纳米粒子的性质17-19
• 1.2.2.1 量子尺寸效应17-18
• 1.2.2.2 表面效应18
• 1.2.2.3 体积效应18
• 1.2.2.4 物理和化学性质18-19
• 1.2.3 金属纳米粒子的制备方法19-20
• 1.2.3.1 喷雾法19
• 1.2.3.2 溅射法19
• 1.2.3.3 热、光化学还原法19-20
• 1.2.3.4 化学还原法20
• 1.2.4 金属纳米粒子的应用20
• 1.3 四氧化三铁纳米粒子20-22
• 1.3.1 四氧化三铁纳米粒子的概念及性质20-21
• 1.3.2 四氧化三铁纳米粒子的制备方法21-22
• 1.3.3 四氧化三铁纳米粒子的应用22
• 1.4 聚合物/金属纳米粒子复合材料22-27
• 1.4.1 聚合物/金属纳米粒子复合材料制备23-25
• 1.4.2 聚合物/金属纳米粒子复合材料在催化领域的应用25-27
• 1.5 聚合物/四氧化三铁纳米粒子复合材料27-32
• 1.5.1 聚合物/四氧化三铁纳米粒子复合材料的制备28-30
• 1.5.2 聚合物/四氧化三铁纳米粒子复合材料在催化领域的应用30-32
• 1.6 课题研究内容及意义32-34
• 第二章 中空内嵌结构的金-聚多巴胺复合材料的制备及其催化还原亚甲基蓝的应用34-47
• 2.1 引言34
• 2.2 实验试剂及仪器34-35
• 2.3 实验过程35-37
• 2.3.1 聚多巴胺微球的制备35-36
• 2.3.2 表面负载型的聚多巴胺/金（PDA/Au）复合微球的制备36
• 2.3.3 中空内嵌结构的金-聚多巴胺（Au-PDA）复合微球的制备36
• 2.3.4 样品的表征36-37
• 2.3.5 催化性能的研究37
• 2.4 结果与讨论37-46
• 2.4.1 不同微球的形貌分析38-41
• 2.4.2 复合微球的结构和组成分析41-44
• 2.4.3 复合微球催化还原亚甲基蓝的研究44-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第三章 中空内嵌结构的四氧化三铁-聚多巴胺复合材料的制备及其模拟酶催化的应用47-62
• 3.1 引言47
• 3.2 实验试剂及仪器47-48
• 3.3 实验过程48-51
• 3.3.1 四氧化三铁纳米粒子的制备48-49
• 3.3.2 表面负载型的聚多巴胺/四氧化三铁（PDA/Fe_3O_4）复合微球的制备49
• 3.3.3 中空内嵌结构的四氧化三铁-聚多巴胺（Fe_3O_4-PDA）复合微球的制备49-50
• 3.3.4 样品的表征50
• 3.3.5 模拟酶催化的研究50-51
• 3.4 结果与讨论51-60
• 3.4.1 不同微球的形貌分析52-55
• 3.4.2 复合微球的组成和性能分析55-58
• 3.4.3 复合微球模拟酶催化性能的研究58-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第四章 结果与展望62-64
• 4.1 主要实验结果62-63
• 4.2 研究展望63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 个人简历及硕士期间发表论文与科研成果71

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