SDS-PVP软团簇制备超细镍粉的模板研究

论文摘要

近年来软模板法制备纳/微米粒子的研究受到广泛的重视,其中又以表面活性剂和大分子模板体系的研究最为活跃,人们希望基于模板的空间限制作用和模板剂的调控作用对合成材料的大小、形貌和结构等进行调控。本文以阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）和水溶性非离子大分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP）形成的软物质团簇为研究对象,通过表面张力法和Zeta电位法研究其与镍离子的相互作用。实验表明,加入镍离子后SDS仍以束缚胶束形式与PVP发生团簇化作用,NiCl2-SDS-PVP体系的γ-lgc曲线依然保持双临界浓度特点。镍离子浓度增加有利于SDS簇集到PVP链上,使表面张力γ下降幅度加强,同时c1减小而c2增大。PVP质量浓度的增加,导致c1基本不变而c2增加。上述影响使得体系中团簇化作用的边界扩大,从而使得利用软团簇为模板制备超细镍粉的可调控区间增大。在SDS-PVP项链状软物质团簇水溶液中用水合肼还原氯化镍制备超细镍粉。SEM结果表明该超细镍粉为球形,表面呈现针状叠合的特殊形貌,平均粒径处于400-800 nm范围内。XRD结果表明该超细镍粉由平均粒径为10 nm量级的面心立方结构（fcc）原生纳米镍晶粒组成,且主要沿（111）晶面生长。通过TEM清晰观察到该原生纳米镍晶粒在PVP的空间桥联作用下自组装成超细镍粉的中间过程。由此得到如下结论:在超细镍粉的制备过程中,SDS束缚胶束充当了第一级软模板,诱导生成与模板尺度（10 nm）相仿的原生纳米镍晶粒;PVP链的空间桥联作用使得在一定空间范围内分散的原生纳米镍晶粒能够彼此靠近、有序聚集,以某种特定的方式融合生长并自组装成次级超细镍粉。由此可以推断,SDS-PVP项链状软团簇具有“两级软模板”结构,在超细镍粉制备中发挥了独特的“两级诱导组装”作用。SDS-PVP组成对超细镍粉的粒径和表面形貌有显著影响,在一定浓度范围内,随着SDS或PVP浓度增大,原生纳米镍晶粒和超细镍粉的平均粒径均呈减小趋势,表明通过改变SDS-PVP组成可以调控超细镍粉的粒径和形貌。采用紫外-可见光谱（UV-Vis）手段跟踪反应过程并考察其光学性质,通过考察SDS、PVP及NiCl2浓度的影响,发现镍溶胶的UV-Vis光谱吸收峰位置与其中包含的超细镍粉的平均粒径之间存在着关联性,即随着制得的超细镍粉的平均粒径减小而发生蓝移。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 前言
• 1.1 纳米材料的基本效应和理化特性
• 1.1.1 纳米材料的表面效应
• 1.1.2 纳米材料的小尺寸效应
• 1.1.3 纳米材料的量子尺寸效应
• 1.1.4 纳米材料的宏观量子隧道效应
• 1.2 纳米材料和技术领域的研究对象和发展历史
• 1.3 纳米结构自组装体系
• 1.4 纳米材料的制备方法
• 1.5 纳米材料制备的软模板体系
• 1.5.1 一元体系模板
• 1.5.1.1 表面活性剂模板
• 1.5.1.2 大分子模板
• 1.5.2 二元体系模板
• 1.5.2.1 二元表面活性剂体系
• 1.5.2.2 二元大分子体系
• 1.5.2.3 表面活性剂-大分子体系
• 1.6 纳米材料的表征
• 1.6.1 形貌分析
• 1.6.2 粒度分析
• 1.6.3 结构分析
• 1.7 本论文的选题依据和思路
• 2. 实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 表面张力法研究SDS-PVP 及其与镍离子之间的相互作用
• 2.2.2 超细镍粉的制备方法
• 2.2.3 超细镍粉的表征方法
• 2.2.3.1 X-射线衍射（XRD）
• 2.2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.3.3 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）
• 2.2.3.4 红外光谱（FT-IR）
• 2.2.3.5 紫外-可见光谱（UV-Vis）
• 2.2.3.6 Zeta 电位分析
• 3. SDS-PVP 体系在超细镍粉制备中的模板作用
• 2-SDS-PVP 复合体系的特征'>3.1 NICL₂-SDS-PVP 复合体系的特征
• 2-SDS-PVP 复合体系的表面活性剂双临界浓度特征'>3.1.1 NiCl₂-SDS-PVP 复合体系的表面活性剂双临界浓度特征
• 3.1.2 SDS-PVP 软物质团簇结构
• 3.2 影响反应的因素
• 3.2.1 反应原理
• 3.2.2 温度对反应的影响
• 3.2.3 镍离子浓度对反应的影响
• 3.2.4 小结
• 3.3 超细镍粉的表征
• 3.3.1 超细镍粉的成份
• 3.3.2 超细镍粉的形貌及大小
• 3.4 SDS-PVP 项链状软物质团簇的模板作用
• 3.4.1 SDS-PVP 项链状软物质团簇的二次自组装功能
• 3.4.1.1 原生纳米镍晶粒的有序聚集
• 3.4.1.2 模板成分分析
• 3.4.1.3 SDS 在超细镍粉制备各阶段的吸附形式
• 3.4.1.4 小结
• 3.4.2 SDS-PVP 项链状软物质团簇的模板调控作用
• 3.4.2.1 SDS-PVP 体系对超细镍粉形貌和粒径的影响
• 3.4.2.2 SDS 浓度的影响
• 3.4.2.3 PVP 浓度的影响
• 3.4.2.4 小结
• 3.4.3 镍溶胶的光学特性
• 3.4.3.1 SDS 浓度对反应的影响
• 3.4.3.2 PVP 浓度对反应的影响
• 3.4.3.3 镍离子浓度对反应的影响
• 3.4.3.4 小结
• 4. 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文