仿生二氧化锰气凝胶的制备及性能研究

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1、分类号：TB34单位代码：10183研究生学号：2015451025密级：公开吉林大学博士学位论文仿生二氧化锰气凝胶的制备及性能研究PreparationandPropertiesofBioinspiredMnO2Aerogels作者姓名：许孔亮专业：仿生科学与工程研究方向：分子仿生科学与工程指导教师：刘镇宁教授；孙航教授培养单位：生物与农业工程学院2018年6月———————————————————————仿生二氧化锰气凝胶的制备及性能研究———————————————————————Prep

2、arationandPropertiesofBioinspiredMnO2Aerogels——————————————————————————————————作者姓名：许孔亮专业名称：仿生科学与工程指导教师：刘镇宁教授；孙航教授学位类别：工学博士论文答辩日期：2018年6月5日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席：刘喜明教授/博导长春工业大学委员：殷敬华教授/博导中国科学院长春应用化学研究所韩志武教授/博导吉林大学张志辉教授/博导吉林大学刘燕教授/博导吉林大学未经本论文作者的

3、书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识

4、到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士博士学科专业：仿生学科与工程论文题目：仿生二氧化锰气

5、凝胶的制备及性能研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市人民大街5988号吉林大学南岭校区仿生楼303室，130022作者联系电话：18743035864摘要仿生二氧化锰气凝胶的制备及性能研究摘要：经过数十亿年的进化和自然选择，自然界产生了大量性能优异的生物材料。师法自然，从大自然中汲取灵感，制备具有特殊性能的仿生材料，已成为材料科学领域的一大热点。气凝胶是一种类似海绵结构的仿生材料，通常拥有由纳米颗粒所构成的三维多孔网络，具有密度低，孔隙率高、孔洞大、比表面积高，导

6、热率低等特性。二氧化锰是一种功能性过渡金属氧化物，不仅性质独特，而且具有地球储量丰富，价格低廉，环境友好等优点。近年来，作为一类新型的仿生纳米三维多孔材料，仿生二氧化锰气凝胶由于其优异的物理和化学性能，逐渐受到科学家们的关注。然而，有关仿生二氧化锰气凝胶制备的报道较少，与其相关的性质和应用也有待进一步的研究和开发。本论文介绍了一种利用大比表面积二氧化锰纳米片自组装制备仿生气凝胶的方法，探究并阐释了通过冰模板自组装纳米片制备气凝胶的机理，同时还研究了该仿生二氧化锰气凝胶的超级电容性能。首先，我们开

7、发了一种利用十二烷基硫酸钠制备单层二氧化锰纳米片的新方法。具体是以高锰酸钾为锰源，十二烷基硫酸钠的水解产物为还原剂，在无模板，无任何剥离试剂的条件下，经一步氧化还原制得单层二氧化锰纳米片。所得的纳米片能以胶体形式稳定存在于水溶液中，并在374nm处呈现出单层二氧化锰纳米片所特有的紫外可见吸收峰，经原子力显微镜表征，其厚度约为0.95nm，进一步证实了我们得到了二氧化锰纳米片单层结构。十二烷基硫酸钠，这种常见的表面活性剂，其在酸性条件下的缓慢水解被认为是控制单层二氧化锰纳米片形成的关键因素。十二烷

8、基硫酸钠不仅能水解产生具有还原性的十二醇，其在溶液中所形成的胶束还能提供具有结构诱导作用的软模板，从而调控纳米片的生长。由于二氧化锰纳米片较大的比表面积和较强的自组装力（如范德华力，氢键等），它被认为能够作为组装单元进一步构筑仿生三维气凝胶材料。随后，我们通过冰模板法自组装二维二氧化锰纳米片成功制备了无任何有机物残留的仿生气凝胶。这表明高纯度无机气凝胶可以仅仅依赖于纳米粒子之间的弱相互作用，通过冰模板法由二维纳米片组装而成，而不需要任何额外的修饰剂-3或交联剂。所得的气凝胶的密度可以低至0.53