配合物为前驱体的多孔金属氧化物制备和表征

摘要

近年来，随着材料科学的进一步发展，在纳米尺度控制材料的结构、形貌和化学组成成为材料科学研究的热点。具有纳米结构和特殊形貌的金属氧化物材料拥有奇特的光学、电学、磁学和催化等特性，使其拥有广泛的应用。
　　与其他前驱体方法类似，纳米结构的配位聚合物也可以通过简单的在空气中焙烧，转化为具有特殊尺寸、大小和形貌的纳米结构金属氧化物。然而，在配位聚合物的合成过程中，经常用到环境不友好，污染严重，化学毒性强的复杂配体和有机溶液，或者合成过程能耗过高，处理繁琐等问题。
　　本文将以生物小分子氨基酸为配体，在纯水相体系中探究多级结构金属-氨基酸配合物纳米颗粒的合成和组装，实现对金属-氨基酸配合物纳米结构和形貌的控制合成。并以金属-氨基酸配合物为前驱体，在氧气氛围下焙烧得到了具有多级孔结构的金属氧化物材料。本论文主要做了以下工作:
　　1.铋-天冬酰胺配合物的绿色合成及其生物性能
　　首先，我们研究了在低温，绿色，温和的纯水溶液中铋-天冬酰胺纳米结构配合物的形貌可控合成，并初步探索了花球状Bi-asn配合物在大分子化合物合成方面的催化活性和抑制胃蛋白酶活性中的生物表现。通过控制静置温度，有效的调节了金属离子与配体的作用方式，并进一步调控了氨基酸铋的自组装方式，分别在10℃，80℃和160℃下得到了具有一维线状BACP1，纳米片组装的花球状BACP2和大孔泡沫状BACP3等新颖纳米结构的氨基酸铋配位聚合物。将此类氨基酸铋配合物在空气中焙烧后，分别得到了四方相和单斜相的氧化铋纳米材料。负载了Pd的氨基酸铋配合物Pd@BACP2在Suzuki偶联反应中表现出较高的催化活性。此外，我们发现，与天冬酰胺类似，BACP2对细胞毒性小，具有较好的生物相容性;并且在抑制胃蛋白酶的消化作用上有良好的表现，此类氨基酸铋配合物有望应用于治疗消化类溃疡疾病。
　　2.钇-氨基酸类纳米结构的可控合成及其相应氧化物的表征
　　氨基酸含有O、N、S等可参与配位的原子，具有较强的配位能力，与金属离子的配位形式多种多样。我们选择L-天冬酰胺和L-赖氨酸为配体，通过调控水热温度，氨基酸种类以及氨基酸与金属离子的配比，调控了溶液中金属离子与配体之间的自组装方式，分别获得了具有纳米孔大块(Y-asn，160℃)，纳米线(Y-asn，200℃)，亚微米花球(Y-asn-lys，160℃)，纳米方块(Y-lys，160℃)和微米花状(Y-lys，160℃)的钇-氨基酸配合物。并以此为前驱体，通过简单的焙烧，得到了具有大表面积，多级孔结构的纳米氧化钇，在吸附，气敏和催化等方面有潜在的应用价值。
　　3.分形孔Y2O3的制备及其乙醇重整催化性能研究
　　采用一种无模板，自下而上的自组装方式，以Y(NO3)3和L-天冬酰胺为原料，基于金属离子与小分子配体天冬酰胺之间的配合作用成功制备了具有多阶次分形孔结构的钇配位聚合物大块，并以此配合物为前驱体，通过简单的焙烧，得到了分形孔结构保持完好的稀土金属氧化物氧化钇大块材料，孔径尺寸分布宽(2nm到20 um)，覆盖范围广。而且，通过这一方法，还可以获得主族金属掺杂，过渡金属掺杂和稀土金属掺杂的具有分形孔结构的掺杂型氧化钇大块材料。
　　以Ni掺杂的F-Ni-Y2O3为研究对象，我们深入研究了其在乙醇水蒸气重整制氢方面的潜在应用价值。我们发现，具有分形孔结构的F-Ni-Y2O3催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的低温活性，这主要是由于:1.具有分形孔结构的F-Ni-Y2O3催化剂为反应物分子与活性中心的接触提供了更多的机会;2.被分形孔结构固定的Ni颗粒不仅具有良好的室温稳定性，而且在催化反应过程中能保持更高的还原度。

目录

声明

摘要

第一章 前言

第一节 纳米孔金属氧化物的制备

1．1．1 模板法

1．1．2 前驱体法

第二节 纳米结构配合物研究进展

1．2．1 零维结构

1．2．2 一维结构

1．2．3 二维结构

1．2．4 多级结构

第三节 纳米孔金属氧化物应用

1．3．1 催化

1．3．2 气敏传感器

1．3．3 生物医药

第四节 本论文的选题依据，研究内容和创新点

参考文献

第二章 实验部分

第一节 药品和试剂

第二节 实验仪器和型号

第三节 表征仪器和型号

第三章 氨基酸铋配合物及其相应氧化物的制备和性能研究

第一节 前言

第二节 实验部分

3．2．1 氨基酸铋配合物及相应氧化物的制备

3．2．2 贵金属负载

3．2．3 Suzuki反应测试

3．2．4 BACP2生物活性测试

第三节 氨基酸铋配合物及相应氧化物的制备和生物性能研究

3．3．1 形貌表征

3．3．2 结构分析

3．3．3 相应的纳米孔氧化铋

3．3．4 BACP2催化性能测试

3．3．5 BACP2生物性能测试

第四节 本章小结

参考文献

第四章 氨基酸钇前驱体制备多孔纳米结构氧化钇

第一节 引言

第二节 实验部分

4．2．1 Y-asn配合物及其相应氧化物的合成

4．2．2 Y-Asn-Ly配合物及其相应氧化物的合成

4．2．3 Y-lysine配合物及其相应氧化物的合成

第三节 天冬氨酸-钇配合物前驱体制备多孔纳米结构Y2O3

4．3．1 YACP前驱体的形貌和结构表征

4．3．2 以YACP为前驱体得到的氧化钇的形貌和结构表征

4．3．2 Eu掺杂的纳米结构纳米结构氧化钇以及其发光性能

第四节 天冬酰胺-赖氨酸-钇配合物前驱体制备花球状Y2O3

4．4．1 弱碱性有机小分子对钇-天冬酰胺配合物的形貌控制

4．4．2 花球状钇配合物YAL3及其相应氧化物的表征

第五节 赖氨酸-钇配合物前驱体法制备单晶状介孔Y2O3

4．4．1 Y-lys纳米方块及其氧化物的表征

4．4．2 原料配比对Y-lys配合物形貌的影响

第六节 本章小结

参考文献

第五章 分形孔纳米氧化钇的制备及其催化性能研究

第一节 引言

第二节 实验部分

5．2．1 分形孔氧化钇的合成

5．2．2 催化剂的合成

5．2．3 催化剂表征

第三节 分形孔氧化钇的结构表征

5．3．1 前驱体钇天冬酰胺配合物YACP的表征

5．3．2 分形孔氧化钇(Fractal porous Yttrium Oxide，简称F-Y2O3)的表征

5．3．3 掺杂型分形孔氧化钇

第四节 镍-氧化钇催化剂的结构表征

5．4．1 分形孔F-Ni-Y2O3催化剂的结构表征

5．4．2 纳米颗粒Ni@CYO催化剂的结构表征

第五节 镍-氧化钇的ESR催化性能测试

5．5．1 Ni@CYO在ESR催化反应中的表现

5．5．2 F-Ni-Y2O3在ESR催化反应中的表现

第六节 本章小结

参考文献

第六章 全文总结

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果