ZnS、ZnSe与聚合物纤维纳米复合物的制备与结构

论文摘要

通过静电纺丝制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维毡，采用水热法在二乙烯三胺／去离子水的混合溶剂中于180℃下制备ZnSe／聚丙烯腈纤维纳米毡复合材料。使用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、荧光光谱等分析方法对ZnSe／聚丙烯腈复合材料进行表征。结果表明，ZnSe／聚丙烯腈复合材料的形貌较复杂，既有直径10～100nm，长度50～500nm的纳米棒，也存在4～10um左右的ZnSe微米花。260nm波长光激发下ZnSe／聚丙烯腈复合材料的发射光谱在351nm处有小峰，在427nm处有高宽峰，相对于ZnSe晶体的本征发射带468nm均有明显的蓝移效应。二乙烯三胺对ZnSe纳米晶的生长有着较好的控制作用，但此法中的高温以及强碱性条件对于聚丙烯腈纳米纤维的形貌有一定的影响。通过实验总结出制备PAN与MMA-BMA-AA静电纺纳米纤维优化纺丝工艺，可纺出直径在200nm左右的PAN／MMA-BMA-AA纳米纤维毡，所得聚合物纤维包含一定数量的羧基，Zn2+在溶液条件下可与之配位。通过一种新颖的方法在PAN与MMA-BMA-AA静电纺纳米纤维表面合成了ZnS纳米粒子，粒子尺寸在10nm左右。ZnS／PAN与MMA-BMA-AA共混物纳米复合材料的发射峰与本体ZnS相比有着80nm的蓝移，聚合物的存在加强了ZnS纳米粒子的量子效应。ZnS／PAN与MMA-BMA-AA共混物纳米复合材料有着很高的紫外光催化降解苯酚的活性，且可反复使用6次不会明显改变其催化活性。PAN和MMA-BMA-AA静电纺纳米纤维不仅使ZnS分散均匀，更有着稳定ZnS纳米粒子的作用。以自制的NaHSe水溶液为硒源，可以在PAN与MMA-BMA-AA静电纺纳米纤维的表面制备比较均匀的ZnSe纳米粒子，粒子的直径约20-40nm。聚合物共混物纳米纤维／ZnSe纳米粒子复合物的光致发光测试显示其发射光谱发生了多达70nm的蓝移，ZnSe的纳米粒子量子效应显著。由于聚合物羧基的存在，导致ZnS／PAN与MMA-BMA-AA共混物纳米复合材料以及ZnSe／PAN与MMA-BMA-AA共混物纳米复合材料中锌原子数多于硫原子数、硒原子数，原因为在ZnS、ZnSe的形成过程中，仍有部分Zn2+与羧基配位，最后导致锌原子数多于硫原子数、硒原子数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 概述
• 1.1 静电纺丝技术概述
• 1.1.1 静电纺丝技术的装置
• 1.1.2 静电纺丝的基本原理
• 1.1.3 静电纺丝的影响因素
• 1.1.4 静电纺丝的应用
• 1.2 硫化锌、硒化锌纳米材料研究概况
• 1.2.1 ZnS纳米材料的制备
• 1.2.2 ZnS纳米材料的应用
• 1.2.3 ZnSe纳米材料的制备
• 1.2.4 ZnSe纳米材料的应用
• 1.3 高聚物有机/无机纳米粒子复合材料进展概述
• 1.3.1 高聚物有机/无机纳米粒子复合材料的制备
• 1.3.2 高聚物有机/无机纳米粒子复合材料的性能及应用
• 1.4 本论文研究的意义和内容
• 第二章 聚丙烯腈纳米纤维毡上生长 ZnSe纳米晶的结构及发光特性
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与仪器
• 2.2.2 聚丙烯腈纳米电纺纤维毡制备
• 2.2.3 ZnSe纳米晶生长
• 2.2.4 结构与发光特性分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PAN纳米纤维毡的形貌
• 2.3.2 PAN/ZnSe复合材料的结构
• 2.3.3 PAN/ZnSe纳米纤维毡的 XRD谱图
• 2.3.4 PAN/ZnSe复合材料的发光特性
• 2.3.5 ZnSe生长机理探讨
• 2.4 本章小结
• 第三章 PAN/MMA-BMA-AA共混物静电纺纤维毡的制备
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料和仪器
• 3.2.2 三元共聚物的制备与表征
• 3.2.3 静电纺 PAN/MMA-BMA-AA共混物纳米纤维毡的制备与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MMA-BMA-AA共聚物性能
• 3.3.2 PAN/MMA-BMA-AA共混物静电纺丝工艺
• 3.4 本章小结
• 第四章 PAN/MMA-BMA-AA共混物纤维毡表面制备 ZnS纳米粒子
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料和仪器
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 结构与性能表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 ZnS/PAN与 MMA-BMA-AA共混物纳米纤维毡的形貌
• 4.3.2 ZnS/PAN与 MMA-BMA-AA共混物纳米复合材料的表征
• 4.3.3 ZnS/PAN与 MMA-BMA-AA共混物纳米复合材料的光催化活性
• 4.4 本章小结
• 第五章 PAN/MMA-BMA-AA共混物纤维毡表面制备 ZnSe纳米粒子
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 实验步骤
• 5.2.3 结构与发光特性分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 ZnSe纳米粒子/聚合物纳米纤维复合物的形貌
• 5.3.2 ZnSe纳米粒子/聚合物共混物纳米纤维复合物的X射线光电子能谱（XPS）分析
• 5.3.3 ZnSe纳米粒子/聚合物纳米纤维复合物的光致发光性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 硕士期间论文发表情况