一种基于Ce制造技术

本发明专利技术涉及一种基于Ce

A Ce-based Approach

【技术实现步骤摘要】
一种基于Ce4+的表面修饰塑料模板的制备方法及其应用
本专利技术属于模板法化学合成领域，具体涉及一种基于Ce4+的表面修饰塑料模板的制备方法及其应用。
技术介绍
塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物，是当今世界产量最大、应用最广的高分子材料。目前，塑料材料的应用领域仍在进一步扩大，已经涉及国民经济及人们生活的各个方面。如何能够通过简单的化学模板方法对塑料材料表面进行改性，从而实现塑料材料的功能化，越来越成为研究人员关注的热点问题。模板法是制备三维架构化功能材料最为直接有效的方法。在使用模板法生长功能材料的过程中，一般需要通过表面修饰的方法提高功能材料和塑料模板的兼容性。然而目前常见的表面修饰方法存在着表面修饰试剂复杂，成本高，费时长等问题，严重制约了通过模板法在塑料上构建三维架构化的功能材料的发展和应用。虽然研究者目前已经发现了高分子聚合物、多巴胺、天然多酚等对塑料模板材质没有选择性的表面修饰试剂，利用这些表面修饰试剂可以在各类模板表面引入统一的性质并进一步生长功能材料。但是通过这些方法在塑料模板表面形成的表面修饰层主要由有机物构成，大多存在导电性差，在强酸、碱性溶液中不稳定等诸多问题，限制了其在能源储存和转化领域的应用。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供了一种基于Ce4+的表面修饰塑料模板的制备方法。本专利技术利用Ce4+的强氧化性氧化塑料模板表面，在塑料表面形成了含氧官能团和离散的CeO2纳米颗粒层，后者表面的大量缺陷降低了过渡金属的吸附能，成为生长氧化物和氢氧化物的有效形核位点；所述塑料模板具有良好的稳定性和普适性；通过进一步调整水热法实验参数，在此表面修饰塑料模板表面生长得到多种不同维度(从零维到二维)的纳米材料，从而简单快捷地实现功能材料三维架构化的预期目标。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于Ce4+的表面修饰塑料模板的制备方法，包括：以Ce4+正离子为表面修饰试剂，通过浸泡在塑料模板表面吸附Ce4+；再利用碱液将Ce4+转化为CeO2纳米颗粒。本专利技术中，所述浸泡温度可为室温或更高，如20-60℃，且浸泡温度越高相应的修饰效果越好，如达到50-60℃；所述水溶液中Ce4+浓度为0.05-0.2mol/L，优选0.1-0.2mol/L。浸泡时间在2-2.5h。所述表面修饰试剂选自硝酸铈铵、硫酸铈等四价铈盐中的一种或多种。所述碱液选自NaOH、KOH等。所述碱液的浓度为0.05-0.2mol/L，优选0.1mol/L；浸泡时间为5-7min。所述塑料包括但不限于苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在制备前，须先将塑料放入无水乙醇中，超声清洗，然后用蒸馏水清洗多次，除去塑料表面残余的乙醇。本专利技术还提供上述方法制得的表面修饰塑料模板。本专利技术通过对塑料模板表面进行Ce4+修饰，改变了模板表面的官能团。以PET为例，PET表面为聚合物的链状结构和支链，而吸附的Ce4+可以氧化长链中羰基的α位的碳而引入-OH或者＝O含氧官能团，本专利技术采用Ce4+对普通塑料模板进行表面修饰，在模板表面引入含氧官能团，使模板表面亲水性能得到明显改善。同时，利用NaOH等碱将Ce4+转变为CeO2纳米颗粒种子；CeO2纳米颗粒种子作为后续生长功能材料的主要形核位点，有效降低模板表面过渡金属的吸附能，不仅可以有效应用于氧化物、氢氧化物的生长，而且在功能化其他材料时可以保持纳米颗粒本身的形貌特征；而同时引入的含氧官能团在生长各类功能材料时都无法作为有效形核位点。本专利技术还提供上述表面修饰塑料模板在制备三维构架功能材料中的应用。本专利技术还提供一种三维构架功能材料，其是将上述表面修饰塑料模板浸泡于生长材料的水溶液中，通过水热法制得的。所述功能材料包括但不限于：CeO2纳米颗粒、Ni(OH)2纳米线、FeOOH纳米片、Au纳米颗粒、或WO3纳米片。对于不同功能材料，其形成的水热条件也不同：例如，形成CeO2纳米颗粒的水热温度为80℃，时间4-6h；形成Ni(OH)2纳米线的水热温度为110℃，时间9-12h；形成FeOOH纳米片的水热温度为80℃，时间4-5h；形成Au纳米颗粒的沉积可在常温下进行；形成WO3纳米片的水热温度为110℃，时间为2h。所述水溶液中还可添加尿素；利用高温下，尿素在水中缓慢分解的特点，使生长溶液的pH值缓慢增加，最终形核生长为氧化物CeO2或氢氧化物Ni(OH)2。此外，还可以通过在生长材料的水溶液中添加特定试剂来控制颗粒的形貌；例如当要形成WO3纳米片，可在水溶液中添加有机添加剂PluronicP123，其使生长溶液在水热过程中形成特定形状的胶粒，从而控制得到的WO3呈片状。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所制得的表面修饰塑料模板具有良好的亲水性；其表面的CeO2种子可作为后续生长功能材料的主要形核位点，对后续生长的氧化物或者氢氧化物类别和结构都没有明显的限制；本专利技术采用Ce4+修饰后的塑料模板作为多种功能材料生长的形核中心，通过水热法在修饰后的塑料上生长得到光滑完整的镀层，并且使得构成镀层的纳米颗粒大小、形状均匀。所述模板的修饰方法省时省力，成本低廉，对今后高聚物塑料实现更加广泛的应用具有重要意义。附图说明图1为本专利技术实施例1中PET在Ce4+修饰前后的接触角变化。图2为本专利技术实施例2中Ce4+修饰对PET形貌的影响；其中：(a)、(b)为未修饰的PET；(c)、(d)为Ce4+修饰2小时的PET的SEM形貌图。图3是本专利技术不同功能材料(CeO2、Ni(OH)2、FeOOH、WO3)生长于Ce4+修饰后PET的SEM形貌图；其中：(a)为未修饰的PET；(b)、(c)、(d)、(e)分别为CeO2、Ni(OH)2、FeOOH、WO3生长于Ce4+修饰后PET的SEM形貌图；插入图为对应的高倍数SEM图，标尺为250nm。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1PET表面修饰步骤如下：(1)将PET放入无水乙醇中，超声清洗10分钟，然后用蒸馏水清洗多次，除去模板表面残余的乙醇。(2)将清洗好的模板浸泡入配制好的(NH4)2Ce(NO3)6硝酸铈铵溶液(0.1mol/L)中，浸泡2小时。浸泡温度可以选择室温或者60℃，后者的表面修饰效果强于前者。(3)处理完毕后将模板取出，使用去离子水清洗干净，而后在NaOH溶液(0.1mol/L)中浸泡5分钟，将吸附在模板表面的Ce4+离子转化为CeO2。(4)将模板使用去离子水清洗干净，使用pH试纸检测浸泡PET的去离子水，使pH值在6-8之间。在进行表征测试前，使用乙醇浸泡PET模板，而后自然风干或者在鼓风干燥箱中60℃下干燥。如图1所示，通过接触角测试可知，PET模板经Ce4+修饰后表面亲疏水性能发生变化。实施例2三维架构功能材料的制备步骤如下：将实施例1改性后的PET模板清洗干净，放入45mL特氟龙内胆中，而后加入20mL的生长溶液(0.1g硝酸铈(III)；0.1g尿素；20mL去离子水)，而后在鼓风干燥箱中，80℃保温6小时进行水热反应。CeO2生长过程是利用高温下，尿素在水中缓慢分解，使生长溶液的pH值缓慢增加，最终达到硝酸铈(III)形核生长为CeO2(由水中溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Ce

【技术特征摘要】
1.一种基于Ce4+的表面修饰塑料模板的制备方法，其特征在于，包括：以Ce4+正离子为表面修饰试剂，通过浸泡在塑料模板表面吸附Ce4+；再利用碱液将Ce4+转化为CeO2纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的温度为20-60℃，优选50-60℃。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的水溶液中Ce4+浓度为0.05-0.2mol/L，优选0.1-0.2mol/L；浸泡时间在2-2.5h。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述表面修饰试剂为四价铈盐，优选硝酸铈铵、硫酸铈。5.根据权利要求1-3任一所述的制备方法，其特征在于，所述碱液选自NaOH或KOH；所述碱液的浓度为0.05-0.2mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：章潇慧，顾佳俊，姚露露，朱倩莹，张荻，龚明，
申请(专利权)人：中车工业研究院有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11