硝酸乙铵离子液体中有序聚集体的形成、性质及应用探索

论文摘要

论文研究了非离子和阴离子表面活性剂在室温离子液体硝酸乙铵（EAN）中的有序聚集体（胶束、溶致液晶和凝胶等）的形成、性质以及稳定分散碳纳米管的应用,并利用离子液体中形成的溶致液晶相组装了无机—有机杂化材料。全文共分五部分内容:第一部分,简要总结了离子液体的结构、性质、制备和应用;介绍了表面活性剂溶液聚集体形成规律,并对表面活性剂在离子液体中的聚集行为进行了归纳总结;最后对碳纳米管的结构、性质、制备及应用进行了简单归纳。第二部分,研究了长链烷基聚氧乙烯醚型表面活性剂C16EO6在室温离子液体硝酸乙铵（EAN）中形成的六方溶致液晶（LLC）相,并研究了该六方溶致液晶相对多壁碳纳米管（MWCNTs）的稳定分散。结果表明:MWCNTs均匀分散在离子液体中形成的溶致液晶相中,形成碳纳米管—溶致液晶复合物,MWCNTs的引入没有破坏六方溶致液晶相的有序聚集结构。随着MWCNTs加入量的增大,体系层间距逐渐增大,相转变温度也逐渐升高。这些结果表明MWCNTs进入到六方溶致液晶的基本组成单元中。红外和拉曼光谱测定结果则进一步证明了MWCNTs组装到溶致液晶中。流变学测定结果表明形成的复合物具有高粘弹性,而且随着MWCNTs加入,体系的表观粘度逐渐增大。组装的含碳纳米管六方溶致液晶样品的摩擦学性质测定表明,MWCNTs—LLC复合物是一类潜在的润滑材料,拓展了离子液体在润滑材料领域中的应用。第三部分,研究了硝酸乙铵（EAN）中非离子表面活性剂（Tween-20,Tween-60和Tween-80）对碳纳米管（CNTs）的分散能力。结果表明:Tween表面活性剂在离子液体EAN中对CNTs具有很强的分散能力,高速离心也不能使分散在离子液体中的CNTs聚沉。表面张力测试结果证明Tween表面活性剂在EAN中形成了胶束,我们推测胶束的形成对CNTs的稳定分散起了重要的作用。拉曼光谱和紫外—可见—近红外吸收光谱测定结果都表明单壁碳纳米管（SWCNTs）均匀稳定分散在体系中。透射电镜结果则表明相互缠绕或聚集成束的碳纳米管被剥离开。第四部分,研究了阴离子表面活性剂月桂酸钠在硝酸乙铵（EAN）中的聚集行为。结果表明:月桂酸钠和EAN之间通过化学反应,CH3（CH2）10COONa+CH3CH2NH3NO3→CH3CH2NH2↑+NaNO3↓+CH3（CH2）10COOH,形成了各向异性的离子凝胶。小角X射线散射（Small-angle X-ray Scattering,SAXS）测定进一步表明了体系具有层状结构,而且随着月桂酸钠浓度的升高,体系的层间距逐渐减小。X射线粉末衍射（X-ray Diffraction,XRD）测定则表明形成的凝胶是非晶态的,而没有月桂酸钠微晶存在。我们推测月桂酸钠和月桂酸分子之间的氢键作用以及它们和EAN之间的疏溶剂相互作用对凝胶三维网络结构的形成起了重要的作用。流变学性质的研究表明:所制备的离子凝胶具有粘弹性,而且对外界应力具有良好的抵抗能力。电化学性质的研究则表明体系具有高电导率、高电化学稳定性以及宽电化学窗口特点,因而在电化学器件制备方面具有潜在的应用价值。第五部分,我们将Mn（Ⅱ）取代的聚氧金属酸盐,Na6（NH4）4[（MnⅡ（H2O）3）2（WO2）2(BiW9O33)2]·37H2O([Mn2Bi2W20]10-,POM-Mn),组装到C16EO6/EAN二组分体系形成的六方溶致液晶中,制备了聚氧金属酸盐—溶致液晶有机—无机杂化材料。结果表明POM-Mn引入后,体系仍保持六方溶致液晶的有序聚集结构。随着POM-Mn加入量的增大,体系层间距增大,相转变温度也逐渐升高,表明POM-Mn进入六方溶致液晶的基本组成单元中。红外光谱测定结果进一步证明POM-Mn组装到溶致液晶中。流变学测定结果则表明聚氧金属酸盐—溶致液晶杂化材料具有高粘弹性,而且随着POM-Mn的加入,体系的表观粘度逐渐增大。对体系的磁学性质测定表明这种杂化材料具有一定的铁磁性,因而在磁性材料领域具有潜在的应用价值。

论文目录

• 中文部分
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第一节 离子液体
• 1.1 绿色化学
• 1.2 离子液体（Ionic Liquids）
• 第二节 表面活性剂溶液有序聚集体
• 2.1 表面活性剂的定义、分类及其性质
• 2.2 表面活性剂分子在溶液中的聚集规律
• 2.3 溶致液晶
• 第三节 室温离子液体中的表面活性剂聚集行为
• 3.1 表面活性剂在离子液体中自组装形成的各种聚集结构
• 3.2 利用表面活性剂在离子液体中形成的聚集体作为模板制备微纳颗粒
• 第四节 碳纳米管
• 4.1 碳纳米管的发现,定义和结构
• 4.2 碳纳米管的制备
• 4.3 碳纳米管的特性
• 4.4 碳纳米管的应用
• 第五节 本论文的主要研究内容、目的和意义
• 参考文献
• 第二章 室温离子液体中碳纳米管—溶致液晶复合物的制备、表征及性质
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 室温离子液体硝酸乙铵（EAN）的合成
• 2.3 MWCNTs的分散
• 2.4 EAN中六方相溶致液晶的制备
• 2.5 多壁碳纳米管—溶致液晶（MWCNTs-LLC）复合物的制备
• 2.6 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 第三章 室温离子液体中借助表面活性剂稳定分散碳纳米管
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 碳纳米管的分散
• 2.3 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 第四章 室温离子液体中月桂酸钠各向异性离子凝胶的形成
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 凝胶的制备
• 2.3 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 第五章 室温离子液体中聚氧金属酸盐—溶致液晶有机—无机杂化材料的制备、表征及性质
• 1.前言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 聚氧金属酸盐POM-Mn的合成
• 2.3 EAN中六方相溶致液晶的制备
• 2.4 聚氧金属酸盐—溶致液晶（POM-LLC）有机—无机杂化材料的制备
• 2.5 样品的表征
• 3 结果与讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 论文的创新点和不足之处
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表
• ENGLISH SECTION
• Chapter 1 Carbon Nanotubes Incorporated within Hexagonal Lyotropic Liquid Crystal formed in Room-Temperature Ionic Liquids
• 1 Introduction
• 2 Experimental Section
• 2.1 Materials
• 2.2 Synthesis of RT-IL,ethylammonium nitrate（EAN）
• 2.3 Dispersion of MWCNTs
• 2.4 Synthesis of hexagonal lyotropic liquid crystals in EAN
• 2.5 Synthesis of MWCNTs-LLC composites
• 2.6 Characterization
• 3 Results and Discussion
• 4 Conclusions
• References
• Chapter 2 Surfactant-Assisting Stable Dispersion of Carbon Nanotubes in Room-Temperature Ionic Liquids
• 1 Introduction
• 2 Experimental Section
• 2.1 Materials
• 2.2 Synthesis of RT-IL,ethylammonium nitrate（EAN）
• 2.3 Dispersion of CNTs
• 2.4 Characterization
• 3 Results and discussion
• 4 Conclusions
• References
• Chapter 3 Anisotropic Ionogels of Sodium Laurate in a Room-Temperature Ionic Liquid
• 1 Introduction
• 2 Experimental Section
• 2.1 Materials
• 2.2 Synthesis of RT-IL,ethylammonium nitrate（EAN）
• 2.3 Gelation
• 2.4 Characterization
• 3 Results and Discussion
• 4 Conclusions
• References