第一章绪论
一纳米高分子复合材料的制备研究进展
纳米材料是指在纳米级的三维空间内有一个维度小于100纳米的材料。这个尺寸介于宏观材料与微观的原子、分子的过渡K之间的交界处的大小，材料会出现一些宏观物质不具有的特殊性质。纳米粒子之间的集群和亚微米粒子，是纳米固体的单元组成。纳米粒子具有很多方面的特性，比如小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应等，使纳米材料在蒸气压、焰点、磁性、相变温度、化学反应、光学性质、塑性变形和超导方面的物理和化学性质都有相当大的变化。由于纳米材料具有的独特性能，纳米科学和技术受到人们越来越多的关注和重视，许多国家都投入了大量的人力和物力资源，促进了这门学科的发展。
近年来，对于纳米材料的应用，人们产生了极大的兴趣，它们涉及多个领域的各个方面，特别是在电化学传感器，涂料助剂，纳米陶瓷，催化剂，磁性材料，复合材料等应用领域不断扩大。其中复合材料的发展最为迅速，在工业化的投资也比较早，是材料研究领域的热门话题。复合材料是指由两种或更多种有不同物理和化学性质的材料复合而成的新材料。他们可以是通过物理吸附复合在一起，更多的是通过化学键的作用结合。一般由主体、增强体和两者之间的界面所组成。各组分材料会保持相对的独立性，但是复合材料的性能不是简单的各组分性能的加和，而是在保持各组分材料的某些特点基础上，通过组分间的相互作用产生了某些综合性能。复合材料在保留了原组份材料某些特点的基础上，再通过各组分的相互补充和相互关联获得了原组分所没有的新的优越性能，从而增加了新材料的设计和使用范围。在众多复合材料中，纳米复合材料近年来被许多国家进行广泛而深入的研究。
纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于的复合材料。由于纳米材料有较大的表面积和比较强的界面相互作用，纳米复合材料表现出了很多不同于一般宏观复合材料的热学性质、力学性质、电学性质、光学性质和磁学性质，在复合材料拥有这些性质的基础上还可能具有原组分所不具有的一些特殊性能和功能，这就为制备多种功能材料以及高性能材料提供了基础支持。作为在未来具有较大潜在应用价值的新材料，当今世界主要发达国家都将纳米复合材料的发展放在了重要的位置，在涂层材料、陶瓷材料、隐身材料、光学材料、化妆品和医药工业上均有一定的应用，对纳米复合材料的研究成为当今的热门领域。
二空心二氧化钱的制备及其性质
1 二氧化钱的性质
随着现代科技和工业的飞速发展，煤、石油、天然气等传统能源的消耗加速，发展新替代能源是人类面临的急需解决的科学问题之一。太阳光被视为最理想的能量来源之一。而光催化材料可以将太阳能转化为化学能、电能等储存起来，或直接应用于环境中的毒性污染物处理，其优越性显而易见。所谓光催化材料，是指在光照射的条件下，能有效促进化学反应，而其本身在反应前后不发生变化的一类物质。但是随着社会对能源需求的日益增加，由此引发一系列能源危机和污染问题也日益成为人们亟待解决的。自从人们发现二氧化钦电极在紫外光下分解水的性能后，以二氧化钛为代表的半导体材料成为研究最为广泛的一类光催化剂，纳米二氧化钛材料的应用研究也成为人们关注的热点，其应用基本上可分为环境类与能源类。在解决环境污染方面，二氧化钛与其他光催化材料相比具有更好的催化活性、安全、无毒副作用、性能稳定、成本低廉、无二次污染等诸多优点。在解决能源危机方面，太阳能具有取之不尽、用之不竭、安全、无污染、成本较低而且不受地理条件的限制等优点。最近的研究还发现二氧化钛具有表面自清洁以及抗生物活性等功能。其中，在当前一些地区，二氧化钛已经实现商品化，广泛应用于自清洁材料、空气清洁和净化水等领域。可以看到在不久的将来，二氧化钛等新型高效的光催化材料在人类的生产生活中将发挥巨大的作用。纳米二氧化钛材料的这些应用，不仅仅依赖于二氧化铁本身的性质，更多的是以在二氧化铁为主体进行修饰，来达到各种应用的目标。通常情况下二氧化铁作为光催化剂只能吸收波长小于400纳米的紫外光波段的能量，而紫外光波段的量仅占太阳光能量的5%，这一性质很大程度上限制了二氧化钛的应用。
为了解决这一难题，人们通过尝试掺杂不同元素来提高二氧化铁在可见光波段激发下的催化活性。较常见的掺杂元素分为两种：一种是金属元素，是利用微量的金属粒子取代品格里的钛，改变电子空穴复合率和界面电子转移速度，以提高二氧化铁在可见光波段下的催化活性；第二种是非金元素如N、C、S、Br等，是将这些非金属元素掺杂进入二氧化钛的结构后取代晶格中的氧，以降低二氧化钛的禁带宽度从而增加二氧化钛的光催化活性。
第二章空心纳米二氧化铁的制备
2.1引言
空心无机粒子材料具有多种优点，如低密度、高比表面等特性，而且其空心部分可作为载体包覆其他材料，从而使空心微球结构材料在医药、生化和化工等许多技术领域都有比较重要的应用前景。其中，二氧化娃(Si02)、四氧化三铁(Fe304)、氧化锋(ZnO)等空心粒子由于其特有的应用性能，相关研究受到了人们广泛的关注空心二氧化駄微球结构(Ti02)在光催化光化学电池等领域都有较好的应用前景，相关方面的研究工作也越来越多空心二氧化铁微球的制备最常用的方法是模板法，即以无机或有机粒子为核，表面沉积Ti02制备核壳粒子，再通过煅烧或溶解的方式除去内核。但是由于用作“钛源”的物质水解活性常常较高，均匀沉积在粒子表面有一定难度；适于作为Ti02粒子内核的物质选择性不广，一般使用碳球和聚合物微球。作为模板的纳米碳球是以葡萄糖为原料，在高温水热条件下，葡萄糖分子脱水聚合从而生成含碳的多聚糖微球，由于微球表面亲水，有利于Ti02的沉积。这种方法较为简单，但由于模板物质自身特性所限，制备得到的核壳粒子粒径受到限制，影响了其应用范围。聚合物微球模板法常用的是苯乙烯单体自聚得到聚苯乙烯微球，由于聚苯乙烯微球的粒径可在较大范围内调整控制，这种方法对于制备特定粒径的空心粒子具有较大的优势。
本文利用两种方法分别制备了聚苯乙稀球为模板，水解钦酸四正丁酷形成核壳结构，采用培烧和四氧咲喃溶解两种方法除去聚苯乙烯内核，得到空心的二氧化钛微球结构。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、环境扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对制备的核壳结构进行了表征。
第三章 空心纳米二氧化钛微球的表面修饰...................................... 37-47
3.1 引言...................................... 37-38
3.2 实验部分 ......................................38-40
3.2.1 试剂与仪器...................................... 38
3.2.2 表面修饰剂溴代盐酸多巴胺的制备 ......................................38
3.2.3 空心TiO_2微球的表面叠氮化...................................... 38-39
3.2.4 端炔基化PDEAEMA高分子链的合成...................................... 39
3.2.7 表征 ......................................40
3.3 结果与讨论 ......................................40-46
3.3.1 核磁图谱分析...................................... 42
3.3.2 红外光谱分析...................................... 42
3.3.3 透射电镜分析...................................... 42-44
3.3.4 X射线光电能谱分析...................................... 44
3.4 本章小结 ......................................46-47
第四章 论文总结 ......................................47-49
结论
本论文采用模板法制备了空心纳米二氧化钛微球，将溴代盐酸多巴胺修饰在空心二氧化钛微球表面，通过“点击”化学技术将PDEAEMA聚合物链修饰在其表面，并在TiCVg-PDEAEMA上做季钱化处理得到TiO2-0-PDEAEMA，利用表面的聚电解质介导在纳米二氧化钛微球表面修饰上一系列贵金属(如Au、Pd、Pt)。
本论文主要完成了以下两个内容：
⑴利用微乳液法制备出了聚苯乙烯球，用浓硫酸对其表面进行磺化，以此为模板通过水解铁酸四正丁酷对其进行包裹，得到PSt/Ti02核壳结构。通过培烧得到空心二氧化钛纳米微球结构。X射线衍射分析结果表明煅烧后的二氧化钛以锐铁矿型为主，夹杂少量的金红石相。通过透射电子显微镜表面制备的空心二氧化铁微球直径约在200纳米左右，壁厚为25纳米。
(2)通过“点击”化学将PDEAEMA高分子链接枝在用溴代多巴胺修饰过的空心二氧化钛微球表面，制备出具有pH敏感性的空心Ti02-g-PDEAEMA复合微球。并且将表面高分子链进行季铵化处理，通过离子交换和还原在空心Ti02微球表面的高分子链间掺杂贵金属（Au、Pd、Pt)o傅立叶变换红外光谱结果表明通过“点击”反应后空心二氧化钛微球表面成功接枝上PDEAEMA高分子链；透射电镜和X射线光电子能谱结果表明Au、Pd和Pt均掺杂到微球表面的高分子链上，通过紫外测试结果表明对这种复合微球具有pH响应性，掺杂贵金属后其紫外吸收受到了不同程度的影响。