LDHs基二维有序复合材料的构筑及其能量转换性能研究
有序结构广泛存在于天然和人工材料中，这种有序的排列方式可以有效调控材料中光波、载流子和声子的传输，从而优化材料的光学、电学和机械性能，在能量储存、传递和转化领域显示出广阔的应用前景。层状双金属氢氧化物（LDHs）是一类二维层状纳米材料，具有层板金属离子种类及比例、层间阴离子、微观尺寸及形貌等多种可调变性。利用LDHs独特的层状结构，可以通过不同的方法（如限域合成法、剥层重组法）构筑二维有序复合材料。LDHs层板带有丰富的羟基基团，不仅能够作为活性位点参与化学反应，同时可与客体分子相互作用影响客体分子的微观构型。LDHs的二维层状结构为客体材料提供限域空间环境，实现了对客体材料形貌、构型及分散状态的有效调控。基于此，本文构筑了结构可控、性能可调的LDHs基复合材料，通过LDHs层板的限域效应，对客体材料的形貌，构型，分散状态进行调控，通过对其能量存储及转换能力的研究，探索了LDHs基复合材料在基质辅助激光解吸离子化质谱（MALDI-MS）及热电转换中的应用。 1.LDHs基质的可控构筑及其在激光解吸小分子离子化中的应用 具有特定组成的LDHs材料展现出良好的紫外吸收及能量传递性能，可以作为一种新型的基质用于MALDI质谱的检测中。由于LDHs表面丰富的羟基基团，能够通过氢键作用选择性靶向酚类小分子中的羟基，促进酚类小分子的离子化过程，获得灵敏且无干扰峰的质谱。通过调控LDHs层板金属离子的组成和比例，能够实现对不同羟基含量的多种酚类小分子及其同分异构体的有效区分。采用LDHs基质对塑料热降解过程中产生的酚醛危害物质进行MALDI质谱研究，不仅能够准确检测出塑料降解产生的低分子量化合物，同时，能够实现对塑料中低分子量化合物的无损成像分析，为塑料降解有害物质的追踪提供了有效手段。 2.LDHs/PSS-AgNPs基质的构筑及其对激光能量的高效利用 为了解决银纳米粒子（AgNPs）易聚集、干扰MALDI-MS检测结果的难题，利用LDHs独特的二维层状结构，在LDHs的限域层间合成了单分散的AgNPs，构筑了高性能MALDI-MS基质复合薄膜。层间限域合成的AgNPs尺寸均一、分散性好，表现出良好的光吸收能力，有利于实现MALDI-MS激光能量的捕获和转移。LDHs层板具有丰富的羟基基团，有利于待测物的离子化电离。构筑的复合薄膜在负离子模式下表现出无干扰的质谱信号，具有较高的电离效率。该复合基质薄膜适用于对液体及气体样品的MALDI质谱检测，重现性高、稳定性好，为MALDI质谱检测基质的开发提供了新的思路。 3.PEDOT:PSS-LDHs薄膜的构筑及其热电性能研究 对分子的有序架构和调控成为提高材料性能的重要环节。利用LDHs的二维层板与热电聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）进行自组装，构建了结构有序的二维热电复合材料。基于LDHs二维限域效应，有效调控了热电客体分子PEDOT:PSS的构型和分布，使其构型转变为伸展的结构，提高了复合材料的载流子迁移率。此外，这种周期性的有序结构可以诱导能量过滤，使高能载流子优先通过，提高复合材料的热电性能。由此构筑的PEDOT:PSS-LDHs复合薄膜，功率因数比原始PEDOT:PSS高120倍，通过器件组装，能够实现对不同温差的电学信号区分，为高效热电材料的构建提供了一种有效的方法。
双金属氢氧化物;复合材料;二维有序复合材料;限域效应;客体调控
北京化工大学
博士
化学工程与技术
吕超
2022
中文
TB331
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）