题目：金属氧化物纤维的生物模板制备方法的研究

模板法具有方法简单、条件温和等特点，因而广泛应用于制备特殊微结构纳米材料。其中，以自然进化而形成的结构多样、来源丰富、廉价环保的生物材料为硬模板，根据生物矿化原理构筑特殊形貌、多级有序结构材料的生物模板技术备受关注。
针对溶胶-凝胶生物模板法在制备特殊结构氧化物方面存在的缺陷，如：所用前躯体一般是价格昂贵、有毒的金属醇盐，且只能从微米尺度上实现对生物模板的复制等，本论文提出了一种以无机盐为前躯体，角蛋白纤维为模板，纳米水平上精确复制氧化物纤维的两步控制表面沉淀新方法。首先，将纤维分散到无机金属盐溶液中，金属离子通过分子间弱相互作用、螯合或络合作用而被选择性地吸附到角蛋白纤维链上，同时，纤维链中的氢键会阻碍金属离子深入到纤维内部。然后，以溶剂化能力较弱的乙酸乙酯为溶剂，慢慢滴加NaOH溶液原位沉淀纤维上吸附的金属离子。最后，经过滤、蒸馏水洗涤、60 ℃干燥和800 ℃高温煅烧即可得到角蛋白纤维复制产物。
同时，上述方法可拓展到其他能与金属离子具有较强相互作用的生物纤维，比如：纤维素纤维等。本论文内容主要包括：
（1）采用两步控制表面沉淀法，以鸡毛绒羽为模板，硝酸铝为前躯体，得到了鸡毛绒羽的氧化铝复制产物。考察了溶剂、沉淀次数、煅烧温度等条件对产物形貌的影响。利用SEM/EDS、FESEM、HRTEM、FT-IR、XRD和N2-吸附/脱附等技术对产物的微观形貌及结构进行了表征，验证了我们提出的反应机理。优化反应条件可实现对原鸡毛绒羽宏观和纳米尺度上表面形貌的精确复制。改变前躯体的种类，采用相同的方法，制备了其他金属氧化物，如CeO2、Co3O4、NiO和SnO2等纤维。
（2）采用两步控制表面沉淀法，以头发为模板，得到了具有头发表面特殊鳞片结构的氧化铝纤维。这进一步验证了以角蛋白纤维为模板，采用两步控制表面沉淀法制备具有特殊生物形态金属氧化物纤维的可行性。
（3）改变生物模板种类，以棉花为模板，采用两步控制表面沉淀法，得到了棉花的氧化铝精确复制产物。同理，改变前躯体种类，制备了其他金属氧化物纤维，如SnO2、ZrO2等。
（4）与其他方法相比，该法简单实用、成本低廉和绿色环保。此外，所得产物有望用于催化、传感和电子等领域。