Part I. Synthesis and Characterization of Cubic Spinel CuFe2O4 Nanoparticles Stabilized by Zinc. Part II. Size-Tunable and Large-Scale Synthesis of Highly Uniform Core-Shell Silica Microspheres.
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 허남회
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047464
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
1. Spinel ferrites는 많이 연구되고 있는 자성체 중의 하나이며 일반적으로 cubic system으로 결정화된다. 하지만 Cu2+에 의해 유발되는 Jahn-Teller distortion으로 인해 cubic CuFe2O4를 분리해내는 것이 매우 어렵다. 본 연구에서는 새로운 co-precipitation 방법으로 cubic CuFe2O4 nanoparticles (NPs)를 합성하였다. Zn2+를 Cu2+자리에 치환시켜 Cu1-xZnxFe2O4를 합성했고, x=0.3 이상일 때부터 cubic system이 안정화된다. 합성된 Cu1-xZnxFe2O4 NPs의 평균 지름은 5.98 nm 이고, X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer를 사용해 characterization 하였다. 또한, Cu1-xZnxFe2O4 NPs가 acylation과 formylation 에서 촉매적 활성을 보이는 것을 확인했으며, 반응 후에도 촉매는 변성되지 않는다. 2. 본 연구에서는 Stöber method에 기초하여 수정된 방법인 seed-mediated growth method를 이용하여 평균 지름이 약 75에서 340 nm에 이르는 매우 균일한 실리카 마이크로입자를 합성하고, 표면에 수많은 구멍이 분포된 두께가 다양한 다공성 쉘을 추가적으로 성장시켜서 core/shell silica microsphere (CS-SiO2) 를 합성했다. 우선 약 40 nm 크기를 갖는 실리카 시드를 수정된 Stöber method를 통해 준비한다. 준비된 실리카 시드는 다음 단계에서 실리카를 성장시키는데 시드로서의 역할을 하며 첨가되는 실리카 선구물질 (tetraethyl ortho실리카te, TEOS)의 양에 따라 크기를 다양하게 조절할 수 있다. 그리고 TEOS와 octedecyltrimethoxysilane (C18-TMS)를 사용하여 C-SiO2위에 다공성 쉘을 입히며 그 두께 역시 선구물질의 양에 따라 달라진다. Seed-mediated growth method로 합성된 C-SiO2는 75 nm 부터 340 nm까지 분포하고 shell의 두께는 약 100 nm까지 자라며 C-SiO2의 크기에 따라 성장하는 최대 두께의 shell이 다르다. C-SiO2의 반지름(a)에 대한 성장하는 쉘 두께(b)의 비율은 최대 0.73까지 이며 지름이 290 nm 인C-SiO2에 쉘을 씌울 때 그 두께가 가장 두껍다. (b/a=0.73) 간단하며 코어 크기와 쉘 두께 조절이 가능한 이 합성법은 CS-SiO2를 대량으로 생산할 수 있는 이점이 있다. C-SiO2와 CS-SiO2의 균일함과 쉘 두께의 측정은 transmission electron microscopy (TEM)를 통해 이루어졌다. 합성된 CS-SiO2은 광결정을 쌓는데 활용될 수 있으며, 그 결과는 scanning electron microscope (SEM)을 통해 확인했다. CS-SiO2로부터 이동가능 한 실리카 코어를 갖는 hollow titania를 합성했으며, 쉘의 두께에 따라 빈 공동의 크기를 조절함으로써 나노반응기로서의 활용가능성을 제시하고 있다.
more초록/요약
1. Spinel ferrites are one of the most studied magnetic materials, which are typically crystallized in the cubic system. The isolation of cubic CuFe2O4 structure, however, is very difficult due mainly to the Jahn-Teller distortion induced by the Cu2+ ion. A new coprecipitation method has been developed to stabilize the cubic spinel structure in the present study. We have employed the Zn2+ ion into the Cu2+ site. Cu1-xZnxFe2O4 nanoparticles (NPs) were isolated as single cubic structure when the Zn content is higher than x=0.3. The resultant NPs with average particle size of 5.98 nm were thoroughly characterized by powder X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and magnetization measurements using a SQUID magnetometer. We have tested catalytic activity of the Cu1-xZnxFe2O4 NPs. The ferrite NPs turned out to be very efficient catalysts for acylation and formylation under ambient conditions. The activity of the Cu1-xZnxFe2O4 NPs was not changed when the NPs were reused. 2. In the present research, we have synthesized highly uniform core silica microspheres (C-SiO2) with diameters ranging from 75 to 340 via seed-mediated growth process based on Stöber method and grown mesoporous shell with various thicknesses on C-SiO2 in the further step to produce core/shell silica microspheres (CS-SiO2). First of all, silica seed solution having an average diameter of ca. 40 nm was prepared by modified Stöber method and this solution was used as seeds in the next step for growing silica microspheres. The total diameters of produced C-SiO2 can be varied by adjusting the amount of silica precursor, tetraethyl orthosilicate (TEOS) and the thicknesses of mesoporous shell in CS-SiO2 were finely tuned by adjusting the mixed solution of TEOS and octedecyltrimethoxysilane (C18-TMS). The limited thicknesses of coated mesoporous shell were varied depending on the size of C-SiO2 and the maximum value was 100 nm. The ratio of thickness of shell (b) to the radius of C-SiO2 (a) was maximized to b/a=0.73 and its diameter of C-SiO2 at that time was 290 nm. This easy and size-controllable process also allows large-scale synthesis via seed-mediated growth method. The monodispersity and size of C-SiO2 and CS-SiO2 were fully characterized by transmission electron microscopy (TEM). Prepared CS-SiO2 can be applied to build up photonic crystals and hexagonal-close packed photonic crystals were measured by scanning electron microscope (SEM). CS-SiO2 can also be used as a template for producing hollow titania with movable C-SiO2 which might be able to act as a nanoreactor.
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