离子液体功能基团优化聚合物/无机分级纳米结构的可控制备与性质研究

Hierarchical nanostructured materials with multi-level, multi-dimensional, multi-component coupling and synergy effects have various potential applications in many fields, such as catalysis, photovoltaics, sensors and environment. New functional nanomaterials, especially those with controlled composition, size, shape and morphology of hierarchical nanostructures are eager to be designed and built follow people's own ideas in order to provide the material basis in the area of in-depth design and study of new nanodevices. Surface modification often plays an important role in the process of liquid phase synthesis of hierarchical nanostructures. Due to the outstanding performance of ionic liquid functional groups in the surface modification, we propose this scientific project that imidazole-based ionic liquid groups will be modified by specific means on the surface of polymer or inorganic nanostructurs. Due to make use of ion exchange and the weak reducibility capabilities of midazole-based ionic liquid groups, the preparation methods of multi-component hierarchical nanostructures and the role of imidazole groups in the process will be discussed. The influence of morphology, size and surface distribution of other nanostructures which grow on the surface of micro/nanostructured substrates to the properties of hierarchical nanostructures will also be investigated. Thus, the methods of building multi-component hierarchical nanostructures will be found and new high-performance multi-functional nanomaterials will be developed.

具有多层次，多维度，多组分耦合协同效应的分级纳米结构材料在催化，光伏，传感和环境等研究领域有着广泛的应用前景，人们渴望按照自己的想法设计并构筑功能性新型纳米材料，特别是那些具有可控组成，尺寸，形状和形貌的分级纳米结构，为深入设计和研究新型纳米器件提供物质基础。表面修饰在液相合成法制备分级纳米结构过程中往往起到重要作用，由于离子液体功能基团在表面修饰中的优异表现，我们提出这个科学课题，将咪唑基离子液体基团通过特定的手段修饰到聚合物或无机纳米结构表面，利用其离子交换能力和较弱的还原性，研究多组分分级纳米结构的制备工艺，讨论咪唑基粒子液体基团在制备中所扮演的角色，研究其对所生长的另一种纳米结构的形貌、尺寸以及在基底微/纳米结构表面分布状态对构筑的分级纳米结构性能的影响，从而找到构筑多组分分级纳米结构的方法，研制多功能高性能的新型纳米材料。

具有多维度，多组分耦合协同效应的分级纳米结构，特别是那些具有可控组成，尺寸，形状和形貌的分级纳米结构材料在催化，光伏，传感和环境等研究领域有着广泛的应用前景，为深入设计和研究新型纳米器件提供物质基础。表面修饰在液相合成法制备分级纳米结构过程中往往起到重要作用。本项目利用离子液体功能基团在表面修饰中的优异表现，通过共聚作用、价键固载等多种化学修饰法，将带有正电性的咪唑基离子液体基团或聚合离子液体（PILs）修饰到聚苯乙烯（PS）微球、聚吡咯纳米管（PPyNTs）或聚吡咯/氧化石墨烯（PPy/GO）复合物表面，得到离子液体修饰的PS微球、聚合离子液体功能化的聚吡咯纳米管（PILs/PPyNTs）以及聚合离子液体功能化的聚吡咯/氧化石墨烯（PILs/PPy/GO）纳米片。.本项目的研究结果表明，可聚合的离子液体单体不仅在共聚反应中作为提供离子液体(ILs)功能基团的单体，还充当反应的乳化剂和稳定剂，并直接导致了小球集合型poly(St-co-VEIB)微球和花状poly(St-co-VIPS)微球这两种分级纳米结构的形成；固载HSO3CF3、杂多酸和H2SO4后，得到的非均相催化剂与H2SO4作为催化剂相比，在酯化反应，缩醛反应和酯交换反应中表现出了更高的催化活性。PS微球表面咪唑基离子液体基团或聚合离子液体的存在使得PS微球在水溶液中显示正电性，通过离子交换、静电相互作用，[Fe(CN)3]3-、MnO4-等前驱体可在微球表面原位还原，因此普鲁士蓝纳米粒子（PB）、KxMnO2纳米片等可在其表面原位生长，得到多种分级纳米结构。将其修饰于玻碳电极表面后，草莓状PS/PB复合微球修饰电极对H2O2有很好的电催化响应；去核后得到的花状KxMnO2空心微球对刚果红溶液的脱色效果和脱色速度均高于普通MnO2粉末，其吸附能力要比普通的MnO2粉末高出5.6倍；PILs/PPyNTs、PILs/PPy/GO纳米片构筑的电化学生物传感器对DA和AA能够实现同时检测，特别是AA存在的条件下对DA的检测中，表现出了较高的选择性、稳定性和灵敏性。