专利名称：异构双模板同步制备同质异貌钡盐纳米超结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备同质异貌钡盐纳米超结构材料的新方法。具体是以天然生长的内外具有不同结构的灯芯草为模板，同步组装合成具有不同形貌、相同成分钡盐纳米超结构材料的方法。
背景技术：
纳米超结构材料是由三维空间至少有一维处于纳米尺寸范围的基本单元构筑而成的具有多层次等级结构或重复类似结构的特殊结构材料。因其结合了宏观的特殊形貌与微观纳米结构的双重特性而具有一般传统材料所不具备的物理、化学性能，从而表现出独特的光、电、磁、热和化学特性，在光电、生物、涂料、医药等行业具有广阔的应用前景。其制备的合成思路源于仿生合成的概念，即模仿生物矿化中无机物在有机物调制下的形成过程，来完成无机材料的合成。模板法是获得有序纳米超结构最为有效的方法之一。所选用的模板可以是固体基质、单层或多层膜、有机分子等等。上述模板通常是通过有机物或无机—有机物的分子自组装而成，主要是利用自身对产物的形成、成核、取向和生长所引起的诱导和导向作用来合成纳米材料。例如微乳、胶束、液晶、囊泡、有机单层或多层膜、各种活性膜等。其共同点在于都利用了有机物组装超结构、有机添加剂或有机模板来组装诱导合成纳米超结构。然而，由于有机物有毒且很难完全与无机产物分离，易造成环境污染和产物污染的问题。
至今为止，仅以二亲水嵌段二元共聚物(DHBCs)作为有机添加剂来控制钡盐纳米超结构材料的生物矿化过程。采用该方法仅能制备单一形貌的钡盐纳米超结构材料，且反应过程中所加入的有机添加剂不仅有毒，更易造成环境污染和产物污染。本发明提出了以天然生长的内外具有不同结构的灯芯草为异构双模板，可同步组装制备不同形貌的钡盐纳米超结构材料，且该材料具有多层次等级结构特征，因此与同类的钡盐纳米材料相比，产物具有良好的发光性能，部分产物更具有多段荧光光谱波长和强度，可产生多色荧光反射，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于公开一种同质异貌钡盐纳米超结构的制备方法。用本发明的方法可制备获得具有不同形貌、相同成分钡盐纳米超结构材料，整个生产过程中条件温和，无需任何有机物添加剂，无污染，符合可持续发展的绿色环保要求。
本发明经过长期研究发现，天然的灯芯草膜是由脂类(lipid)和蛋白质以非共价键相互作用结合而共同形成的二维流动体系。其中，脂类分子呈连续的双分子层(bilayer)排列，而蛋白质分子则以各种形式在脂类双分子层表面或镶嵌在其中。膜具有双亲性(amphipathic nature)，即所有的膜结构都是内部疏水(非极性)、外部亲水(极性)的，并具有镶嵌性、流动性、不对称性和蛋白质极性的特征。因此，灯芯草具有内外有别的结构。本发明利用灯芯草内外有别的结构将其作为双模板组装体系，加上灯芯草内部分子间严密而独特的分子识别功能，经过同步组装，最终同时诱导合成出同质异貌的钡盐纳米超结构材料，且产物具有良好的发光性能，部分产物更具有多段荧光光谱波长和强度，可产生多色荧光反射。
具体工艺如下第一步取市售的灯芯草用蒸馏水洗净晾干，即获得本发明所使用的异构双模板。
第二步配制100mL，浓度为0.2mol/L的可溶性钡盐和钠盐，并分盛于250mL的烧杯中，钠盐为硫酸钠或铬酸钠。
第三步将第一步所获得的异构双模板-灯芯草的根部朝下竖直放入盛有可溶性钡盐溶液的烧杯中，并使其根茎全部被溶液浸没，3-24h后取出。
第四步用蒸馏水冲洗掉灯芯草外部的溶液，再将其转放到第二步所配制的钠盐溶液中，以相同的方式浸泡3-24h取出。
第五步分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗第四步所取出的模板-灯芯草，接着将模板外部的产物转入盛有无水乙醇的小烧杯中保存，得到一种形貌的钡盐纳米超结构材料。然后剖开模板，将沉积到根部导管内的产物转入到另一盛有无水乙醇的小烧杯中保存，得到另一种形貌的钡盐纳米超结构材料。
分别用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对产物的结构和形貌进行了表征，XRD结果表明产物纯净(与JCPDS卡片一致)，SEM表明产物粒径都在50-500纳米，且模板内外部所获产物的形貌不同，即为本发明的同质异貌的钡盐纳米超结构材料。
本发明具有以下优点1.由于本发明是以天然生长的灯芯草为原料，主要来源于我国中西部地区，其价格便宜，来源充足，因此使本发明的生产成本十分低廉。到目前为止，对灯芯草的开发利用研究较少，本方法一旦应用于大规模生产，将对资源的有效利用起到一定的推动作用。
2.由于本发明所使用的模板天然呈现出内外不同的结构，且其内部分子间严密而独特的分子识别诱导功能，呈现出优异的双模板性能。利用其独特的异构双模板效应，可在常温常压条件下同步组装合成出形貌内外有别的同质钡盐纳米超结构材料。相对于一般单模板仅能合成单种形貌的钡盐纳米超结构材料，该模板的合成效率大大提高。
3.本发明操作简单，推广性强。只需要调整金属阴阳离子化合物种类，并在常温常压下养护，就能利用灯芯草内外不同的结构作为双模板，同步诱导合成，制得多种内外不同形貌的同质钡盐纳米超结构材料。
4.本发明在整个生产过程中条件温和，无需任何有机添加剂，无任何污染，符合可持续发展的绿色环保要求。
5.本发明制备的产物具有良好的光、电等性能。荧光光谱分析结果表明，产物具有良好的发光性能，部分产物更具有多段荧光光谱波长和强度，可产生多色荧光反射。
图1为本发明的实施例1的外部产物的扫描电子显微镜(SEM)获得的形貌2为本发明的实施例1的内部产物的扫描电子显微镜(SEM)获得的形貌3为本发明的实施例1的外部产物的X射线粉末衍射(XRD)获得的结构4为本发明的实施例1的内部产物的X射线粉末衍射(XRD)获得的结构5为实施例1的两种产物激发波长为276纳米的荧光发射光谱6为实施例1的两种产物激发波长为454纳米的荧光发射光谱7为实施例1的两种产物的激发波长为488纳米的荧光发射光谱图具体实施方式
实施例1第一步取市售的灯芯草，将其用蒸馏水洗净待用，即获得本发明所使用的灯芯草异构双模板。
第二步配制100mL浓度为0.2mol/L的BaCl2和Na2CrO4水溶液，并分盛于250mL的烧杯中。
第三步将第一步洗净后的灯芯草(100毫升溶液加入8～10根)，根部向下竖直放入盛有BaCl2溶液的烧杯中，并使其根茎全部被溶液浸没，24h后取出。
第四步用蒸馏水冲洗掉灯芯草外部的BaCl2溶液后，再将灯芯草转放到第二步所配制的Na2CrO4溶液中，以相同方式浸泡24h后取出。
第五步将第四步取出的灯芯草分别用蒸馏水和无水乙醇洗净后，先将灯芯草外部的产物转入盛有无水乙醇的小烧杯中保存，得到一种形貌的BaCrO4纳米超结构材料。然后剖开灯芯草，将沉积到根部导管内的产物转入到另一盛有无水乙醇的小烧杯中保存，得到另一种形貌的BaCrO4纳米超结构材料。
扫描电镜结果表明，外部产物为由直径80nm、长290nm的BaCrO4准纳米棒组装而成的树枝状的结构，内部产物为由长450nm、宽150nm的大块BaCrO4板条构成的大扇叶形纳米结构。从X射线粉末衍射图中可知，该BaCrO4纳米超结构为正交晶系，结晶度良好，纯度高。荧光光谱分析结果表明，产物在三个不同的波长(276、454和488纳米)激发下，可发射不同颜色的荧光响应信号，具有多段荧光光谱波长和强度，可产生多色荧光反射。
实施例2以Na2SO4溶液取代Na2CrO4溶液，浸泡时间改为3小时，其他步骤和操作与实施例1相同。所得产物为BaSO4纳米超结构材料。扫描电镜观察表明，外部产物为由直径100nm、长300nm的BaSO4准纳米棒组装而成的棒状纳米超结构，内部产物为由直径50nm、长480nm的BaSO4纳米纤维组装而成的阵列结构。X射线粉末衍射图表明，该BaSO4纳米超结构为正交晶系，结晶度良好，纯度高。荧光光谱分析结果表明，产物具有良好的光致发光性能。
权利要求
1.异构双模板同步制备同质异貌钡盐纳米超结构的方法，其特征在于第一步取市售的灯芯草，将其用蒸馏水洗净晾干，即获得本发明所使用的灯芯草异构双模板；第二步配制100mL浓度为0.2mol/L的钡盐和钠盐溶液，并将其分别盛放于250mL的烧杯中；其中，钠盐为硫酸钠或铬酸钠；第三步将第一步所获得的灯芯草异构双模板根部朝下竖直放入盛有钡盐溶液的烧杯中，并使其根茎全部被溶液浸没，3-24h后取出；第四步用蒸馏水冲洗掉模板外部的钡盐溶液，再将其转放到第二步所配制的钠盐溶液中，以相同的方式浸泡3-24h取出；第五步分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗第四步所取出的模板，接着将模板外部的产物转入盛有无水乙醇的小烧杯中保存，得到一种形貌的钡盐纳米超结构材料，然后剖开模板，将沉积到根部导管内的产物转入到另一盛有无水乙醇的小烧杯中保存，得到另一种形貌的钡盐纳米结构材料；分别用X射线粉末衍射和扫描电子显微镜对产物的结构和形貌进行表征结果表明产物纯净，粒径为50-500纳米，且模板内部和外部产物的形貌不同，为本发明的同质异貌的钡盐纳米超结构材料。
全文摘要
本发明涉及一种同质异貌钡盐纳米超结构的合成方法。取洗净的灯芯草为模板。配制0.2mol/L的钡盐和钠盐溶液。将模板放入钡盐溶液中使其根茎被浸没，3－24h后取出。用水冲掉外部的钡盐溶液，再转放到钠盐溶液中，浸泡24h取出。分别用蒸馏水和无水乙醇洗净模板后，将外部产物转入无水乙醇中，得到一种形貌的钡盐纳米超结构材料。再将其剖开，将沉积到根部导管内的产物转入无水乙醇中另存，得到另一种形貌的钡盐纳米超结构材料。本发明的同质异貌钡盐纳米超结构材料的制备成本低廉、工艺简单、无污染、产率高，产物具有良好的发光性能，部分产物更具有多段荧光光谱波长和强度，可产生多色荧光反射，为钡盐纳米超结构材料的控制合成提供了新途径。
文档编号C01F11/46GK1740095SQ20051002780
公开日2006年3月1日 申请日期2005年7月18日 优先权日2005年7月18日
发明者吴庆生, 燕云, 李丽, 贾润萍, 张国欣, 丁亚平 申请人:同济大学