基本信息
- 项目名称：
- 液液界面镶嵌有银纳米簇合物的微胶囊和泡沫薄膜的组装
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以0.2 mg/ml P2VP 的氯仿溶液与 1x10-2 M 的 AgNO3 水溶液形成的液/液界面，我们合成组装得到了镶嵌有银纳米簇合物的微胶囊和泡沫薄膜。这种泡沫结构经过紫外光照处理后，通过HRTEM可以看到微胶囊的表面镶嵌有粒径小于5 nm的银纳米簇合物。通过对硝基苯酚催化还原实验发现，此类微胶囊具有较高的催化活性和催化稳定性。
- 详细介绍：
- 摘要：以0.2 mg/ml P2VP 的氯仿溶液与 1x10-2 M 的 AgNO3 水溶液形成的液/液界面，我们合成组装得到了镶嵌有银纳米簇合物的微胶囊和泡沫薄膜。这种泡沫结构经过紫外光照处理后，通过HRTEM可以看到微胶囊的表面镶嵌有粒径小于5 nm的银纳米簇合物。通过对硝基苯酚催化还原实验发现，此类微胶囊具有较高的催化活性和催化稳定性。此外，我们还研究了微胶囊制备温度对催化活性的影响，其他条件相同时，提高微胶囊制备的温度，得到的复合微胶囊其催化活性显著增强。并探讨硼氢化钾还原处理对复合聚合物催化能力和银纳米簇合物粒径分布的影响。用紫外—可见光谱，透射电镜，高分辨投射电子显微镜以及X 射线光电子能谱等测试手段对所制得的复合微胶囊泡沫结构的结构和组成进行了表征。 ABSTRACT: Composite poly(2-vinylpyridine) (P2VP)-Ag+ foam-like thin films formed at the AgNO3 aqueous solution/polymer chloroform solution interface at 25C. After irradiated by UV-light or treated by KBH4 aqueous solution, Ag+ ions transformed to Ag atoms partially or completely, as indicated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Ag nanoparticles with the average size of 2.71 0.82 or 3.28 1.20 nm were generated in the transferred films. Transmission electron microscopy (TEM) and high-resolution TEM (HRTEM) investigations indicated that the composite films were composed of microcapsules whose walls had multilayer structure, and the nanoparticles were incorporated in the walls. The formation of the composite films at the liquid/liquid interface was attributed to the adsorption of the polymer molecules at the interface, coordination between the pyridine groups and Ag+ ions, and self-assembly of the composite molecules. After irradiated by UV-light the polymer molecules cross-linked. The catalytic activity of the composite films was evaluated using the reduction of 4-nitrophenol by KBH4. The results indicated that the composite thin films have high and durable catalytic activity.
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 微胶囊的囊壁可以嵌入功能性的纳米粒子，组成复合微胶囊微纳米结构。综合银纳米粒子的催化特性和微胶囊结构特点，制备镶嵌有银纳米簇合物的微胶囊，可以得到催化能力更强的复合微胶囊。
科学性、先进性及独特之处
- 作品使用一种崭新的制备复合微胶囊的方法，即利用液/液界面上双亲高聚物的自组装特性，于液/液界面上合成镶嵌有银纳米簇合物的微胶囊结构。同时，通过优化实验条件制备的复合微胶囊具有较强的催化能力和催化稳定性。
应用价值和现实意义
- 银纳米簇合物具有较强的催化活性，在工业生产中广泛应用。本作品通过优化实验条件，制备出的镶嵌有银纳米簇合物的复合微胶囊结构，利用微胶囊在介质中高度分散的特性，可以使反应分子更容易接近银纳米催化剂的活性区域，加快催化反应速率，拓展银纳米作为催化剂的应用价值，加快其再工业催化领域的应用推广。
学术论文摘要
- 以0.2 mg/ml P2VP 的氯仿溶液与 1x10-2 M 的AgNO3水溶形成的液/液界面，合成组装得到了镶嵌有银纳米簇合物的微胶囊和泡沫薄膜。这种泡沫结构经过紫外光照处理后，HRTEM可以看到微胶囊的表面有粒径小于5 nm的银纳米簇合物镶嵌。对硝基苯酚催化还原实验发现，此类微胶囊具有较高的催化活性和催化稳定性。还研究了微胶囊制备温度对催化活性的影响，其他条件相同时，提高微胶囊制备的温度，得到的复合微胶囊其催化活性显著增强。并探讨硼氢化钾还原处理对复合聚合物催化能力和银纳米簇合物粒径分布的影响。用紫外—可见光谱，透射电镜，高分辨投射电子显微镜以及X 射线光电子能谱等测试手段对所制得的复合微胶囊泡沫结构的结构和组成进行了表征。
获奖情况
- 作品在全国大学生创新实验项目中被评为国家级项目，并获得一等资助。 撰写论文《Preparation and Characterization of Ag Nanoparticle-Doped Foam-like Composite Polymer Films and Their Catalytic Properties》
鉴定结果
- 提出了一种在液/液界面上崭新的无模板合成微胶囊的方法，制备的镶嵌有银纳米簇合物的微胶囊薄膜具有较强催化活性和催化稳定性。
参考文献
- [1] Jie Han, Yan Liu, and Rong Guo.Adv. Funct. Mater.2009,19,1112–1117. [2] Isabel Pastoriza-Santos,Jorge Prez-Juste.Chem. Asian J. 2006,1730–1736 [3]Alexei A. Antipov.Fabrication of a Novel Type of Metallized Colloids and Hollow Capsules.Langmuir 2002,18,6687-6693. [4]Hye Young Koo, Won San Choi.Direct Growth of Optically Stable Gold Nanorods onto Polyelectrolyte Multilayered Capsules.small 2008, 4, No. 6, 742–745. [5]Fei Wen, Wangqing Zhang.Synthesis of Noble Metal Nanoparticles Embedded in the Shell Layer of Core-Shell Poly(styrene-co-4-vinylpyridine) Micospheres and Their Application in Catalysis.Chem. Mater. 2008, 20, 2144–2150. [6]Zhimin Chen, Tian Gang.Ag nanoparticles-coated silica–PMMA core-shell microspheres and hollow PMMA microspheres with Ag nanoparticles in the interior surfaces. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 272 (2006) 151–156.
同类课题研究水平概述
- 随着科学技术的飞速进步，稀土荧光元素由于其特殊的光学性质，即其形成的配合物收可见和紫外光照射时易发出强度较大的特征荧光。文献已报道的增强稀土元素的荧光强度的方法很多，如加入表面活性剂、引入第二配体、加入共存稀土元素等，这些方法的确能在一定范围内实现荧光强度的增加，但是由于受到稀土元素的浓度猝灭和空气和溶剂中的水分影响，使得提出一种高效且便利的增加稀土元素特征荧光强度的方法迫在眉睫。 制备复合聚合物微胶囊的传统方法有硬模板法、软模板法和自组装的方法等，这些传统的制备方法部分具有可以精确控制制备的微胶囊的大小和形状等优点,但是制备的过程需要苛刻的反应条件(酸洗或加热)、制备时间较长、自身结构受外界影响大等缺点，令这些制备方法在实际的应用领域收到了限制，然而本课题提出的在液液界面上无模板合成微胶囊的方法可以很好的克服以上的缺点，得到强度较大稀土元素特征荧光。 液液界面上无模板合成复合微胶囊体系仍然是较近的事实。刘洪国教授及其课题组已经成功地利用相同的方法合成了镶嵌有金、铂纳米粒子的复合聚合物微胶囊，这充分证明了本实验方案切实可行。 基于上述的课题研究背景，我们可以预见到液液界面上无模板合成聚合复合物微胶囊的可行性，以及其广阔的应用价值。本实验课题主要围绕内含或镶嵌有发光稀土配合物或功能小分子的复合聚合物微胶囊的制备，与其光学性质的表征，并阐明此类微胶囊的生成机理。 注：相关文献经过山东大学图书馆查新检索完毕，详细情况看附件《液液界面上复合聚合物微胶囊和固体泡沫的组装科技查新报告》 [1] Alexei A. Antipov.Langmuir 2002, 18, 6687-6693. [2] Hye Young Koo, Won San Choi. small 2008, 4, 742–745.
