本文關(guān)鍵詞：利用同步輻射XAFS方法研究離子液體的微觀結(jié)構(gòu)及金屬離子的還原過程

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【摘要】：同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜(XAFS)是研究物質(zhì)局部微觀結(jié)構(gòu)的有效技術(shù)手段,具有原子選擇性;而且,從譜圖中能夠獲得某一中心原子鄰近幾個殼層的結(jié)構(gòu)信息,例如中心原子的電子結(jié)構(gòu),配位原子的類別及數(shù)量,配位鍵的鍵長,體系的無序度等。另外,它不依賴長程有序的晶體結(jié)構(gòu),特別適合像離子液體這類非晶的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)研究以及金屬離子的還原過程研究。離子液體是全部由陰離子和陽離子構(gòu)成,在室溫下呈液體狀態(tài)的一類特殊溶化鹽。因其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成,使其具有一系列獨特的物理化學(xué)性質(zhì),例如低的蒸汽壓,高的熱穩(wěn)定性,寬的液相范圍,高的電導(dǎo)率以及寬的電化學(xué)窗口等。這些優(yōu)異的性質(zhì)使得離子液體普遍應(yīng)用于有機(jī)合成,催化,萃取分離以及電化學(xué)等領(lǐng)域。其在這些領(lǐng)域的應(yīng)用過程中,常常涉及到溶劑效應(yīng),溫度效應(yīng)以及固體材料界面誘導(dǎo)效應(yīng)等因素。而了解以上因素變化時,離子液體的微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律對于擴(kuò)大離子液體的應(yīng)用具有重要意義。本文利用同步輻射XAFS研究外界因素(溶劑,溫度)對離子液體微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。同時,將離子液體受限或負(fù)載于不同的納米材料表面(鋰皂石或者碳納米管),采用原位同步輻射XAFS研究溫度誘導(dǎo)受限納米材料表面離子液體微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。另外,負(fù)載于納米材料表面的金屬顆粒顯示出很好的分散性,而且能夠顯著提高其在催化領(lǐng)域的催化性能。因此,研究受限空間內(nèi)金屬離子的還原過程為其催化應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。本文利用同步輻射XAFS研究受限碳納米管內(nèi)鉑離子的自發(fā)還原過程。本文主要包括以下五個研究內(nèi)容:(1)采用同步輻射XAFS研究加入不同體積比率的水或乙醇溶劑時,[Bmim]2CuCl4(1-丁基-3-甲基咪唑四氯化亞銅)離子液體微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。結(jié)果顯示,隨著加入水的體積增加,離子液體由四面體構(gòu)像向八面體構(gòu)像轉(zhuǎn)變,歸因于H2O分子與離子液體中的Cu2+形成了配位化合物。然而,即使加入大體積比率的無水乙醇,離子液體的結(jié)構(gòu)也沒有變化,仍維持原始的四面體構(gòu)像,歸因于乙醇不能與離子液體的Cu2+形成配位化合物。因此,無水乙醇是溶解離子液體的良溶劑。(2)采用同步輻射原位XAFS結(jié)合常規(guī)Raman,DFT計算方法研究溫度誘導(dǎo)[bmim]fecl4(1-丁基-3-甲基咪唑四氯化鐵)離子液體微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。raman結(jié)果顯示溫度升高,[bmim]fecl4離子液體的陰離子構(gòu)成發(fā)生變化。原位xafs結(jié)果顯示,隨著溫度的升高,離子液體中fe元素周圍的配位cl原子個數(shù)逐漸減少,且fe-cl鍵的鍵長逐漸縮短。采用dft計算離子液體中fe周圍不同配位cl原子個數(shù)時(4,3,2)fe-cl鍵的鍵長。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著離子液體中fe原子周圍配位cl原子個數(shù)的減少,fe-cl鍵的鍵長逐漸縮短,與xafs結(jié)果相一致的。(3)采用原位xafs結(jié)合tem,dsc,xrd,ir方法研究負(fù)載鋰皂石表面c6mimbr(溴化1-己基-3-甲基咪唑)離子液體陰陽離子相對位置和分子取向。dsc和tem分析顯示負(fù)載鋰皂石表面c6mimbr離子液體晶體形成。室溫下,xafs和xrd分析顯示當(dāng)離子液體負(fù)載鋰皂石表面時,離子液體形成一個有序的單層結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)為c6mim+陽離子嵌入到鋰皂石夾層中和br坐落在鋰皂石外表面。而且,結(jié)果也表明負(fù)載的離子液體間加強(qiáng)的相互作用力,離子液體br-與鋰皂石表面羥基形成的氫鍵,以及嵌入的c6mim+陽離子有序單層排列誘導(dǎo)負(fù)載離子液體晶體形成。進(jìn)一步通過原位xafs結(jié)合xrd分析發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高,嵌入的陽離子結(jié)構(gòu)傾向于偏轉(zhuǎn)且仍然維持有序的層結(jié)構(gòu)。而且,該有序結(jié)構(gòu)僅在溫度升高到負(fù)載離子液體熔點后才發(fā)生明顯變化。(4)采用原位xafs結(jié)合tem,dsc,raman,xrd方法研究受限多壁碳納米管內(nèi)c6mimbr離子液體的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。dsc和tem結(jié)果顯示受限多壁碳納米管內(nèi)離子液體晶體形成。室溫下,xafs分析表明離子液體與碳納米管間形成p-π共軛,π-π堆疊作用,從而誘導(dǎo)受限離子液體結(jié)構(gòu)排列成有序的交替層結(jié)構(gòu)。而且發(fā)現(xiàn)碳納米管對離子液體具有受限壓縮作用。因此,離子液體有序排列和來自碳納米管受限壓縮作用誘導(dǎo)離子液體晶體形成。另外,原位xafs分析顯示溫度誘導(dǎo)受限離子液體結(jié)構(gòu)發(fā)生重排,由交替的層結(jié)構(gòu)向近平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。原位raman和xrd分析結(jié)果也發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高,受限離子液體結(jié)構(gòu)發(fā)生重排,與xafs結(jié)果相一致。(5)采用同步輻射xafs結(jié)合tem,raman,xrd方法研究受限多壁碳納米管內(nèi)氯鉑酸的結(jié)構(gòu)和鉑離子的價態(tài)變化規(guī)律。xafs結(jié)果顯示,當(dāng)氯鉑酸受限于多壁碳納米管內(nèi),鉑離子自發(fā)還原成鉑金屬單質(zhì),由四價變?yōu)榱銉r。pt和c的XAFS譜圖證明,Pt4+的自發(fā)還原歸因于碳納米管將電子轉(zhuǎn)移給鉑離子。而且,Pt的XAFS譜圖顯示,來自碳納米管的受限壓縮作用促進(jìn)金屬鉑納米粒子的形成,且受限后的金屬鉑納米粒子的Pt-Pt鍵的鍵長小于本體中鉑金屬的Pt-Pt鍵的鍵長。通過改變多壁碳納米管的內(nèi)孔尺寸(15 nm,10 nm和5 nm)能制備出不同尺寸的受限金屬鉑納米粒子,且這些粒子Pt-Pt鍵的鍵長隨碳納米管內(nèi)孔尺寸的減小而縮短。以上結(jié)果清晰地顯示作為富有電子給予體的多壁碳納米管能夠持續(xù)地將受限空間內(nèi)的鉑離子還原成金屬鉑單質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O645.1;TB383.1

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7 于萬里;羅永安;田玉蓮;黃萬霞;袁清習(xí);朱佩平;;同步輻射形貌分析旋轉(zhuǎn)單晶中缺陷取向的計算[J];中國測試技術(shù);2007年06期

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1 張新夷;;發(fā)光與同步輻射[A];第九屆全國發(fā)光學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2001年

2 麥振洪;;同步輻射及其應(yīng)用[A];第八屆全國X射線衍射學(xué)術(shù)會議論文集[C];2003年

3 高興宇;;基于同步輻射的磁性表征[A];2012中國功能新材料學(xué)術(shù)論壇暨第三屆全國電磁材料及器件學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

4 冼鼎昌;;新世紀(jì)的同步輻射[A];中國科協(xié)2004年學(xué)術(shù)年會大會特邀報告匯編[C];2004年

5 麥振洪;;同步輻射及其應(yīng)用[A];中國晶體學(xué)會第四屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2008年

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8 朱京濤;黃秋實;王占山;;基于多層膜技術(shù)的同步輻射硬X射線微聚焦波帶片研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

9 李貴和;蔣迪奎;殷立新;吳冠原;王勇;;同步輻射過程固/氣界面現(xiàn)象新探[A];中國真空學(xué)會科技進(jìn)步獎（1994-2000）得獎人員論文集[C];2000年

10 田友偉;包剛;陸云清;鄭瑩;殷潔;楊建平;;周期量級線性激光同步輻射的頻譜特性研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2010年光學(xué)大會論文集[C];2010年

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1 盧敬叁;同步輻射計量標(biāo)準(zhǔn)研究取得新成果[N];中國質(zhì)量報;2004年

2 本報記者 鄭千里;建同步輻射實驗平臺與生物學(xué)家結(jié)成聯(lián)盟[N];科技日報;2001年

3 中國科學(xué)院上海原子核研究所;神奇的光[N];科技日報;2002年

4 高普;中科院高能所同步輻射室納米研究獲進(jìn)展[N];中國有色金屬報;2002年

5 羅暉;北京正負(fù)電子對撞機(jī)改造工程告竣[N];科技日報;2004年

6 記者 王小龍;同步輻射X射線裝置實現(xiàn)小型化[N];科技日報;2013年

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1 程顯超;同步輻射束線工程中相關(guān)技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 林曉杰;同步輻射腦血管造影在嚙齒類動物卒中模型中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2015年

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4 蔣芳玲;利用同步輻射XAFS方法研究離子液體的微觀結(jié)構(gòu)及金屬離子的還原過程[D];中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2017年

5 陳亮;同步輻射軟X射線輻射效應(yīng)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

6 曲洪巖;微納米力學(xué)同步輻射實驗及重建技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

7 楊科;基于同步輻射實驗方法的低維系統(tǒng)物理性質(zhì)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

8 張萌琦;缺血性腦卒中微血管網(wǎng)絡(luò)重塑的同步輻射三維成像實驗研究[D];中南大學(xué);2014年

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1 汪皓;同步輻射時間分辨譜學(xué)相關(guān)技術(shù)發(fā)展[D];安徽大學(xué);2016年

2 張文銳;軟X射線單細(xì)胞輻照損傷的實驗方法研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

3 王曉濤;北京同步輻射生物大分子光束線性能監(jiān)測系統(tǒng)[D];蘭州大學(xué);2006年

4 王鶴;北京同步輻射1W2A小角散射光束線的設(shè)計與建造[D];吉林大學(xué);2007年

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7 張春波;基于圖像分析的同步輻射光束診斷系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）;2015年

8 屈衛(wèi)德;同步輻射單色器晶體面形控制技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2008年

9 孫鵬飛;同步輻射微束熒光CT及其稀土元素定量分析研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海應(yīng)用物理研究所）;2015年

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本文編號：1289569