功能离子液体辅助制备硫（硒）化物及其性质研究

论文摘要

无机微/纳米材料因具有特殊的力学、光学、电学、磁学以及生物学特性而备受关注。由于这些特殊的性能极大的依赖于材料的尺寸和形貌,所以可控性制备各种结构特征的材料,并探究其潜在的应用价值,已成为近年来的研究热点。传统的合成方法大多采用水与有机溶剂或添加剂的组合来获得具有特定结构和性能的无机材料。有机溶剂虽然凭借其不同的物理化学性质在合成方法中应用很广泛,但是沸点低、蒸汽压高、毒性大以及对无机物的溶解性低限制了其应用范围,尤其是其高蒸汽压和高毒性更是对环境造成了严重污染。因此寻找一种低毒性、低蒸汽压以及可设计性的物质代替传统有机物质应用于材料合成中就显得十分重要了。离子液体（Ionic Liquids,简写为ILs）是一种由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的熔融盐,并且具有高热稳定性、优良的离子导电性和导热性、非挥发性或“零”蒸气压、宽液程以及可调的溶解性和可设计性等优点,它的出现极大的解决了当前的难题并且很好的符合了今后绿色化学的发展主题。离子液体应用于有机合成、催化、分析、电化学及分离等诸多领域的例子已是不胜枚举,而在无机微/纳米材料合成领域的研究则是方兴未艾。在材料合成领域中它所扮演的角色也从单一的溶剂、模板剂或表面活性剂等发展到身兼数职的物质,既作为模板和前躯体,又同时作为溶剂或者反应底物。本文在常规离子液体的基础上合成了三种功能化的离子液体,并将其用于硫化镉（CdS）树枝状结构、硒化镉（CdSe）纳米球和硫化铅（PbS）纳米片的合成中,充分体现了功能离子液体的多种辅助性能。并利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射仪（XRD）、室温光致发光光谱仪（PL）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和紫外—可见吸收光谱仪（UV-vis）等手段对产物进行了表征。（1）以氯化镉（CdCl2）和丁基甲基咪唑硫氰酸盐（[BMIM]SCN）为起始原料,无模板剂水热法制备出具有特殊形貌的CdS树枝状结构。实验结果表明离子液体在反应中不仅起到了表面活性剂的作用,还作为反应物提供硫源,很好的体现了身兼多职的作用,并给出了反应机理。另外产物在形貌上的特殊性也使其在光致发光性能上表现出了与块体材料的相异性。（2）以丁基甲基咪唑氯盐（[BMM]Cl）、氯化镉（CdC12）和硫氰酸钾（KSCN）在室温下反应生成一种含镉离子的离子液体（[BMIM][Cd（SCN）3]）为前躯体,再与硒代硫酸钠（NaSeSO3）在水溶液中合成出由CdSe纳米粒子自组装而成的纳米球。实验研究了反应温度、时间和酸碱度等参量对产物形貌的影响和荧光性能的变化。（3）以Pb（NO3）2和硫脲（TA）为原料,采用含双功能基团的甘氨酸离子液体（[BMIM]Gly）辅助水热法制备出由纳米立方块堆积而成的PbS纳米片。实验结果表明通过改变实验参量可以控制产物的形貌。另外还给出了PbS纳米片的形成机理,分为三个阶段：成核阶段、晶体生长阶段及晶体自身聚合阶段。另外PbS纳米片表现出了不同于以往报道的荧光性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米科技与纳米材料
• 1.2.1 纳米科技
• 1.2.2 纳米材料及其性质
• 1.2.2.1 小尺寸效应
• 1.2.2.2 量子尺寸效应
• 1.2.2.3表面效应
• 1.2.2.4 宏观量子隧道效应
• 1.2.2.5 介电限域效应
• 1.2.3 纳米材料制备方法
• 1.2.3.1 液相法
• 1.2.3.2 固相法
• 1.2.3.3 气相法
• 1.3 离子液体及其在无机微纳米材料合成中的应用
• 1.3.1 离子液体简介
• 1.3.2 离子液体在纳米材料合成中的优势
• 1.3.3 离子液体用于合成无机纳米材料方法的进展
• 1.3.3.1 电沉积法
• 1.3.3.2 热化学合成法
• 1.3.3.3 一体化合成法（溶剂—模板—反应物）
• 1.3.3.4 微波加热法
• 1.3.3.5 溶胶凝胶法
• 1.3.3.6 微乳液法
• 1.4 研究目的和主要研究内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 功能离子液体的制备及其表征
• 2.1 引言
• 2.2 试剂和仪器
• 2.3 离子液体的合成
• 2.3.1 甲基咪唑的重蒸
• 2.3.2 [BMIM]Cl离子液体的合成
• 2.3.3 [BMIM]SCN离子液体的合成
• 2.3.4 [BMIM]OH离子液体的合成
• 2.3.5 [BMIM]Gly离子液体的合成
• 2.4 离子液体的表征
• 2.4.1 FTIR表征
• 1H-NMR表征'>2.4.2¹H-NMR表征
• 2.5 本章小结
• 第3章 无模板水热法合成CdS树枝状结构及其光学性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 试剂和仪器
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 样品的制备
• 3.3.2 样品的表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 物相分析
• 3.4.2 形貌分析
• 3.4.3 反应温度对样品形貌的影响
• 3.4.4 反应物用量对样品形貌的影响
• 3.4.5 反应时间对样品形貌的影响
• 3.4.6 酸碱度对样品形貌的影响
• 3.4.7 紫外-可见吸收和室温光致发光分析
• 3.4.8 X-射线能量扩散谱分析
• 3.4.9 树枝状硫化镉的形成机制
• 3.5 本章小结
• 3]辅助制备CdSe纳米球及其光学性质研究'>第4章 含镉离子液体[BMIM][Cd（SCN）₃]辅助制备CdSe纳米球及其光学性质研究
• 4.1 引言
• 4.2 试剂和仪器
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 前躯体的制备
• 4.3.2 CdSe样品制备
• 4.3.3 样品的表征
• 4.4 结果与讨论
• 3]离子液体结构分析'>4.4.1 [BMIM][Cd（SCN）₃]离子液体结构分析
• 4.4.2 CdSe的X-射线衍射分析
• 4.4.3 形貌分析
• 4.4.4 不同反应温度对产物的影响
• 4.4.5 不同酸碱度对产物的影响
• 4.4.6 涉及的反应原理
• 4.5 室温光致发光
• 4.6 本章小结
• 第5章 离子液体[BMIM]Gly辅助形貌可控性制备PbS纳米结构及其光学性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 试剂和仪器
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 样品的制备
• 5.3.2 样品的表征
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 物相分析
• 5.4.2 形貌分析
• 5.4.3 反应温度对产物的影响
• 5.4.4 反应时间对产物的影响
• 5.4.5 离子液体用量对产物的影响
• 5.4.6 PbS纳米片的形成机制
• 5.5 室温光致发光
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表与待发表的学术论文