碳、硅基功能納米纖維的模板合成與性能研究.pdf

1、 本論文進一步發(fā)展和拓寬了模板法于液相中制備一維納米材料的方法，提出了一些新的合成納米線、納米管及多種雜化結構的技術。在合成半導體碲的納米線、熒光碲/碳納米電纜、碳纖維、二氧化硅納米管，以及內嵌貴金屬納米催化劑的二氧化硅納米管的實踐上獲得了顯著進展。利用高分子表面活性劑在晶體晶面上的選擇性吸附合成了超細碲納米線與碲納米帶；在碲納米線模板存在的條件下實現(xiàn)了對葡萄糖的水熱碳化過程的控制，制備了具有熒光特性的納米電纜與碳纖維；利用合成的

2、碳納米結構制備了發(fā)光的二氧化硅納米管；發(fā)展了一種普適的方法將貴金屬的納米顆粒填充到二氧化硅納米管中。詳細內容歸納如下： 1.通過選擇高分子表面活性劑PVP來控制半導體碲在水熱體系中的各向異性生長，合成了直徑為4-9nm的超細碲納米線；通過調節(jié)PVP的量以及其它反應參數(shù)，實現(xiàn)了碲納米帶和超細納米線的選擇性合成。 2.作者設計了一條溫和的水熱路線制備了熒光碲/碳納米電纜與碳纖維。將合成的超細碲納米線引入到葡萄糖的水熱碳化過程

3、，有效抑制了葡萄糖碳化形成膠體碳球的趨勢。同時，作者也提出了一步法利用葡萄糖與亞碲酸鈉直接反應選擇性合成碲的納米線與碲/碳納米電纜網絡結構的技術。這些低溫水熱合成的碳納米材料具有特殊的反應活性，可以原位自發(fā)還原貴金屬的鹽，在碳材料上形成鈀、鉑，金等納米催化劑，這些催化劑材料對CO具有很高的催化氧化轉換性能。 3.提出了一種普適的方法合成了填充有貴金屬納米顆粒的二氧化硅納米管。利用碳材料的反應活性原位還原組裝上貴金屬納米顆粒的雜化

4、纖維作為模板，成功的制備了內嵌貴金屬的二氧化硅納米管反應器；同時水熱碳化合成的碳納米結構材料作為反應的硬模板，合成了內徑可控的二氧化硅納米管。 4.拓展了同步軟硬模板法，在水熱條件下通過調節(jié)聚乙烯醇的濃度和溫度制備了不同的碲/交聯(lián)PVA核殼結構的納米材料。聚乙烯醇的濃度、反應的溫度以及反應時間對形成不同的核殼結構起著重要的作用；并且詳細研究了體系中的反應與核殼形貌變化的過程。 第二章水熱條件下半導體碲的一維納米材料的選擇

5、性合成 §摘要 在本章中主要介紹在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)輔助的水熱條件下，選擇性大量合成了超細的碲納米線和納米帶。產物的形貌強烈依賴于反應的溫度、PVP的量，和反應時間。與其他碲納米結構如納米帶相比，高質量超細的碲納米線呈深藍色，具有獨特的光學性質。 第三章半導體碲@碳核殼結構納米材料與碳納米材料的低溫水熱碳化合成 §摘要 本章中主要介紹了兩種水熱碳化路線合成了均勻的碲/碳核殼復合納米結構材料。在尺寸只有幾個納

6、米的碲納米線模板的誘導下，實現(xiàn)了對葡萄糖碳化的有效控制，抑制了碳化過程的均相成核過程-碳球的生成，獲得了熒光納米電纜和碳纖維，豐富和發(fā)展了低溫水熱合成碳納米材料的方法與技術；在高分子表面活性劑輔助的條件下，一步法也合成了碲/碳核殼納米電纜，沒有觀察到碳球的生成，成功的抑制了葡萄糖的均相成核碳化過程。而且得到的產物互相纏繞在一起，很容易形成薄膜，作為殺菌材料或者納米器件來說，碲/碳核殼復合的納米材料具有重要的應用前景。 第四章溶膠

7、-凝膠模板法制備內徑可控的二氧化硅納米管 §摘要 二氧化硅是一種重要的半導體，在前一階段中，二氧化硅納米管的合成研究主要集中在使用不同的硬模板來合成，通過控制反應時間或者硅源的濃度來控制二氧化硅納米管的壁厚。到目前為止，還沒有報道系統(tǒng)研究對于二氧化硅內徑控制的合成技術。在本章中我們主要闡述用我們在第二章中合成的直徑可控的Te@Carbon納米電纜和碳纖維分別作為犧牲模板成功的合成了內徑可控的二氧化硅納米管。納米管的內徑范圍：1O

8、nm-200nm，長度達到了幾十個微米。 第五章碳負載貴金屬納米催化劑與內嵌貴金屬納米顆粒的二氧化硅納米反應器的合成與應用 §摘要 在第三章中我們己經詳細闡述了均勻的碳納米纖維的合成，這種低溫水熱碳化得到的碳納米材料表而高度功能化，含有大量的羥基等功能團，可以原位還原貴金屬的前驅物在碳纖維上形成貴金屬納米顆粒，稱之為“hybridfleece”。貴金屬納米催化劑廣泛使用于環(huán)保，質子交換膜燃料電池，甲醇燃料電池，以及有機反

9、應的異質催化等領域。 在本章中我們合成了三種碳載貴金屬催化劑包括：C/Pd、C/Pt和C/Au，同時考察了催化劑對CO的催化轉化效率。同時我們發(fā)展了一種制備填充了貴金屬納米顆粒的二氧化硅納米管反應器的方法。 第六章同步軟硬模板法合成半導體碲/交聯(lián)PVA核殼納米結構 §摘要最近，我們提出了“同步軟硬模板法”(Luoetal.J.Am.Chem.Soc.2005，127,2822-2823)成功的在水熱的條件下用銀離

10、子催化線形高分子聚乙烯醇交聯(lián)形成柔軟的銀/交聯(lián)聚乙烯醇納米電纜(核為銀；殼層為交聯(lián)聚乙烯醇)。本章中我們嘗試把這種方法推廣到高價的離子如Te4+，在類似的實驗條件下由亞碲酸鈉與聚乙烯醇在水熱條件下直接反應。結果顯示，不同的碲/交聯(lián)聚乙烯醇核殼納米結構如：碲的納米棒捆束穿過交聯(lián)聚乙烯醇微球；接枝的與分離的納米電纜。我們考察了反應的溫度、時間以及聚乙烯醇的濃度對形成不同核殼結構的影響。而且，我們還探討了詳細的反應過程與形貌演變過程。結果顯示

11、不但貴金屬離子可以催化交聯(lián)線形高分子聚乙烯醇，而且高價離子也可以，預示著用這種方法可以合成各種不同的核殼結構。 第七章由Zn3(OH)2V2O7·2O納米片前驅體水熱合成接枝紡錘狀和棱柱須狀的ZnO微晶 §摘要Zn3(OH)2V2O7·H2O納米片在氫氧化鈉的堿性溶液中120℃水熱處理成功的制備出了由接枝紡錘狀或者棱柱須狀組成的ZnO微晶。我們探討了溶液的堿度，溫度和反應時間對形成這些ZnO結構的影響。室溫熒光光譜顯示在