基于聚吡咯一維納米材料的特殊微-納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建.pdf

1、一維納米材料如納米線、納米管等，以其獨(dú)特的物理、化學(xué)性能，以及在納米器件等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景，近來受到廣泛關(guān)注。如何控制一維納米材料的尺寸、維度和取向，將其按照一定規(guī)律進(jìn)行組裝、復(fù)合，對(duì)于深入研究材料形貌與物性間的關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)按照人們的意愿設(shè)計(jì)和組建功能納米器件具有非常重要的意義。本論文以生物分子為形貌誘導(dǎo)劑，采用電化學(xué)法，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的調(diào)控，制備得到了導(dǎo)電高分子聚吡咯(PPy)的高長(zhǎng)徑比納米線、有序納米線和多種形貌新穎的基于PPy

2、納米線的多級(jí)結(jié)構(gòu)，該方法具有操作簡(jiǎn)單、條件溫和、制備時(shí)間短、可控性好、成本低廉、安全環(huán)保和無需后續(xù)處理等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)利用掃描電子顯微鏡、紅外光譜、X射線能譜、表面接觸角和循環(huán)伏安法，對(duì)樣品的形貌、結(jié)構(gòu)組成、表面性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了表征測(cè)試，并詳細(xì)探討了它們的制備條件和形成機(jī)理。 本論文主要內(nèi)容包括：以淀粉為形貌誘導(dǎo)劑，以電導(dǎo)率為0.1或0.6 S cm-1的ITO為工作電極，采用兩種電化學(xué)體系兩步電化學(xué)法制備了有序短納米線/微米

3、山谷狀PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀納米線/微米菜花狀PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)；以明膠為形貌誘導(dǎo)劑，以鎳片為工作電極，采用一步電化學(xué)法制備了表面平滑的PPy有序納米線陣列或PPy高長(zhǎng)徑比納米線，或通過兩步階躍法制備了納米線/微米球PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)和納米線/納米棒PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)。 研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)制備短納米線/微米山谷狀PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀納米線/微米菜花狀PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，通過調(diào)節(jié)第二步中的施加電位和反應(yīng)時(shí)間，可有效控制多級(jí)結(jié)構(gòu)中的納米線的直徑(200～

4、1000 nm)、長(zhǎng)度(50～150 nm)和取向，其表面性能也隨著多級(jí)結(jié)構(gòu)中納米線形貌的改變而有規(guī)律變化。通過在普通微米山谷狀PPy膜上合成PPy納米線，構(gòu)建有序短納米線/微米山谷狀PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)PPy的表面性能由親水性向疏水性轉(zhuǎn)變，并通過制備條件的控制，可使其表面接觸角在95～129°間變化；通過在普通微米級(jí)菜花狀PPy膜上合成PPy納米線，構(gòu)建網(wǎng)狀納米線/微米菜花狀PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)，可獲得具有超親水性能的PPy的表面，并通過

5、制備條件的控制，可使其表面接觸角在0～76°間變化。 當(dāng)制備PPy有序納米線陣列或PPy高長(zhǎng)徑比納米線時(shí)，通過調(diào)節(jié)施加電位、電流和反應(yīng)時(shí)間，可有效控制納米線的直徑(110～200 nm)、長(zhǎng)度(1.5～15μm)和取向。確定了施加電位0.75 V、反應(yīng)時(shí)間300 s為采用恒電位法制備表面平滑的高長(zhǎng)徑比PPy納米線的最佳條件，該條件下納米線的平均直徑為130 nm，長(zhǎng)度約為15μm；施加電流10 mA，反應(yīng)時(shí)間200 s為采用恒電

6、流法制備表面平滑的高長(zhǎng)徑比PPy納米線的最佳條件，該條件下納米線的平均直徑為126 nm，長(zhǎng)度為12岬左右。 當(dāng)制備納米線/微米球PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)和納米線/納米棒PPy多級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，通過調(diào)節(jié)前后兩步的施加電位和反應(yīng)時(shí)間，可有效控制多級(jí)結(jié)構(gòu)的形貌。當(dāng)?shù)谝徊绞┘与娢粸?.80 V，施加時(shí)間為50 s，第二步施加電位為0.73～0.75 V，施加時(shí)間為100～200 s時(shí)，所制備的PPy納米線/微米球多級(jí)結(jié)構(gòu)中納米線的直徑為160～330