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环境工程论文10000字:纳米材料

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2016-02-14

相对室温离子液体在有机方面的广泛应用,用室温离子液体制备无机纳米材料的报道则相对较少。纳米材料具有特殊的力学、光学、电学、磁学以及生物学特征,而纳米材料的特殊性能是由于其特殊结构所决定的。制备不同结构的纳米材料,并探究其潜在的应用价值,已成为近年来的研究热点。由于传统制备纳米材料的方法中多用到各种有机溶剂或模板,对反应条件的要求也相当苛刻,找到一种简便、有效、绿色的合成方法成为人们追求的目标,而室温离子液体正好满足以上要求,本文就室温离子液体在无机纳米材料制备方面的应用进行综述。

二、金属的纳米粒子

一般情况下金属的纳米粒子都可以通过常规的化学还原方法在离子液体中制得,而且这样制得的纳米粒子通常呈球形。张晟卯等[17]报道了一种在室温离子液体介质中室温常压还原AgNO3得到银纳米微粒的方法。实验在室温离子液体[Bmim]BF4中进行,制备的Ag纳米微粒具有立方相结构,粒径约为20nm,作者认为实验中离子液体不仅作为溶剂而且作为修饰剂阻止了银纳米微粒的团聚。还有,纳米钯粒子室温常压下典型的制备方法[18]是将Pd(CH3CO2)2 和Phen(邻二氮杂菲)?H2O溶解在[Bmim]PF6离子液体中,通入氢气,化学还原二价钯离子。此法得到的纳米钯粒子可以直接用来作催化加氢的催化剂,并且具有良好的催化活性和高选择性,能够重复利用。也有报道以HAuCl4 或Na2Pt(OH)6为前驱物在硫醇离子液体中化学还原制备金和铂纳米粒子[19,20],结果表明离子液体在金和铂纳米粒子的形成过程中起着介质作用,而且金和铂纳米粒子的粒径非常小,一般在5nm 以下,粒径的大小和均匀程度取决于离子液体中硫醇基团的数量和位置。另外,在离子液体中于室温常压条件下利用化学还原还可以制得铑纳米粒子和铱纳米粒子[21]等。

利用热分解的方法也是制备纳米粒子的有效途径。如常压下在[Bmim]PF6 离子液体中加热分解有机铂的化合物就可以制得铂纳米粒子[22],其粒径大小一般在2~3nm,且此法得到的铂纳米粒子有着良好的催化能力,催化效果要强于普通的PtO2,而且可以重复利用。

Li等[15]应用微波辅助离子液体法提出了一种制备大尺寸金纳米片的新方法,在没有使用任何模板剂的情况下,将HAuCl4?3H20与[Bmim]BF4混合,在2.45GHz、126W微波辐射10min,成功合成尺寸大于30μm、厚度约为50nm的单晶金纳米片。如果改用离子液体[Bmim]PF6,利用微波加热同样可以生成大尺度的金纳米片,然而,在相同实验条件下,微波加热HAuCl4?3H2O的乙二醇溶液只能得到金的纳米颗粒,没有金纳米片生成。由此推断,大尺度金纳米片的形成与咪唑基离子液体通过氧键形成的二维多聚结构密切相关。因此,在微波辐射下离子液体不仅作为微波吸收介质快速到达反应温度,而且起到了模板作用,诱导金纳米片形成片状结构。此外,Ren等[23]报道了在含羟基的离子液体[C3OHmim]BF4中,在不加入任何助剂的情况下合成了八面体形的金纳米结构。

此外,还可以在离子液体中一步直接合成纳米粒子,例如CoPt合金纳米线[24]就是由醋酸铂、醋酸钴和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在[Bmim][(CF3SO3)N]([Bmim][Tf2N])离子液体中直接生成的。

三、金属纳米氧化物

将室温离子液体与微波反应条件结合,可以制备出具有特殊形貌的金属氧化物,如不同形貌的ZnO、CuO、Co2O3、SnO2、TiO2等。在反应过程中,通过对反应条件和离子液体阳离子和阴离子结构的调控,可能导致反应体系不同的微波吸收速率,从而引起氧化物形貌的变化。Zhu等[25]在室温离子液体[Bmim]BF4中微波加热合成出花状和针状ZnO结构;曹洁明等[26-28]则报道了在离子液体[C20Hmim]C1中合成出由平均厚度为50 nm,长度为几百纳米的纳米片从中心放射成长而成的花状ZnO聚集体,研究表明,离子液体阳离子和阴离子的不同,导致了对微波吸热速率的不同,从而引起了ZnO的形貌变化,另外,通过延长加热时间,发现片状的聚集体有向棒状聚集体发展的趋势。

利用微波辅助离子液体法也得到了不同形貌的CuO微/纳米结构,如CuO纳米片、纳米晶须[29]、纳米叶[30]、纳米花和纳米棒[31-32]等。在反应过程中,离子液体除作为优异的微波吸收剂而大大缩短反应时间外,还起到了表面活性剂或包覆剂的作用,在晶体形貌形成过程中,通过在特定晶面的选择吸附,对晶体形貌的形成产生了一定的指导作用,而且离子液体在晶体表面的包覆也阻止了晶粒的进一步长大,从而得到CuO的纳米晶体。

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