【摘要】：金屬銀具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展和催化活性。而一維銀基納米材料不僅繼承了金屬銀的優(yōu)良特性,而且具備優(yōu)異的柔韌性和多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在柔性電子和電催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景。本論文研究了幾種不同的一維銀基納米材料的制備及性能,探究了其在導(dǎo)電膜和催化氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用,并對(duì)相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了探討。采用多元醇法制備了直徑36 nm和長(zhǎng)度20μm的銀納米線(AgNWs),并將其用于制備透明導(dǎo)電膜(TCFs)。通過引入納米二氧化硅(SiO_2-NSs),利用其與AgNWs之間的靜電力作用促進(jìn)AgNWs在基材上均勻分布并使銀線之間緊密接觸,從而將導(dǎo)電膜方阻由240?/sq降為33?/sq;利用SiO_2-NSs匹配基板與空氣的折射率,實(shí)現(xiàn)減反增透,從而將導(dǎo)電膜透過率由94%提升至98%。典型的AgNW/SiO_2-NSs基TCFs具有33?/sq的方阻和98.0%的透過率,可耐受300°C的溫度。另一方面,通過復(fù)合電鍍工藝,利用電鍍金屬對(duì)銀納米線的橋接作用減小接觸電阻,可將導(dǎo)電膜方阻由180?/sq降低至9.8?/sq。采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)輔助時(shí),電沉積的鎳會(huì)在銀納米線兩側(cè)形成側(cè)翼結(jié)構(gòu),提高了銀納米線與基材間的結(jié)合力,導(dǎo)電膜耐受膠帶粘揭的次數(shù)由5次提升至200次。而且鎳的保護(hù)作用極大提升了AgNWs的耐溫性。典型的AgNWs/Ni基TCFs具有9.8?/sq的方阻和95.3%的透過率,可耐受400 ~oC的溫度。采用靜電紡絲技術(shù)并結(jié)合高溫?zé)崽幚砉に?制備出一維銀/碳復(fù)合納米纖維(Ag/CNFs),用于部分取代銀納米線制備TCFs。該過程中,先沉積AgNWs再沉積Ag/CNFs可獲得導(dǎo)電性更好的導(dǎo)電膜;隨著Ag/CNFs沉積量的增加,TCFs的方阻先明顯減小后略有增加;而隨著纖維直徑減小,導(dǎo)電膜的透過率不斷增加,采用30 nm直徑的Ag/CNFs制備的導(dǎo)電膜透過率約88%。本論文中Ag/CNFs對(duì)AgNWs最大取代量約為41.7%。對(duì)上述復(fù)合TCF進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒岷退峤萏幚砗罂蛇M(jìn)一步將方阻由83.0?/sq降至50.0?/sq。所得透明導(dǎo)電膜表現(xiàn)出良好的柔韌性、附著力、耐高溫和耐強(qiáng)酸等性能。將靜電紡絲技術(shù)分別與中溫和低溫?zé)崽幚砉に囅嘟Y(jié)合,制備出一維銀基納米纖維(Ag-based NFs)。其中,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚環(huán)氧乙烷(PEO)的混合體系可明顯降低硝酸銀的分解溫度,280°C熱處理即可實(shí)現(xiàn)纖維導(dǎo)電,從而在聚酰亞胺(PI)基材表面形成導(dǎo)電膜。當(dāng)加熱溫度達(dá)到300°C時(shí),PI基材在銀的催化作用下氧化分解,形成具有嵌入結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電膜。對(duì)該導(dǎo)電膜進(jìn)行電化學(xué)鍍鎳,可將嵌入填平,從而獲得具有優(yōu)異柔韌性、耐刮擦性和耐溫性等綜合性能的導(dǎo)電膜。此外,將聚乙烯縮丁醛(PVB)與銀納米顆粒(AgNPs)混紡得到AgNPs/PVB復(fù)合納米纖維,180°C熱處理時(shí),PVB發(fā)生強(qiáng)烈收縮,減小了AgNPs間的距離,從而制備出具有自支撐結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電銀基納米纖維。采用靜電紡絲結(jié)合電鍍工藝,制備出自支撐、具有二次結(jié)構(gòu)的銀納米纖維(AgNFs)。其中,表面長(zhǎng)有針刺的AgNFs表現(xiàn)出極高的催化氧還原活性。針刺的尖端暴露出具有高催化活性的(110)晶面,同時(shí)該位置因具有較大曲率而富集大量電荷,二者的協(xié)同作用進(jìn)一步提升了針尖處的催化活性。此外,AgNFs形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有良好的電子傳輸和傳質(zhì)過程,同樣利于催化氧還原反應(yīng)的進(jìn)行。在0.1 M KOH電解質(zhì)中,該纖維的催化氧還原的起始電位、半波電位、峰值電位分別為1.041、0.848和0.864 V,其性能優(yōu)于商用Pt/C催化劑。有趣的是,該纖維在耐甲醇性測(cè)試時(shí)出現(xiàn)電流密度增加的反�，F(xiàn)象。這種具有二次結(jié)構(gòu)的銀納米纖維在催化氧還原反應(yīng)中極具應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1
【圖文】：

從而形成銀納米線，如圖 1-1 所示。采用上因無法保障填充物的連續(xù)性，致使產(chǎn)物的長(zhǎng)徑易生成彎曲的納米線。為了獲得均勻性好的銀 CTAB 為模板，采用檸檬酸鈉做穩(wěn)定劑，利m 粒徑的銀晶種后，在堿性環(huán)境下用抗壞血酸

線[50]，如圖 1-2 所示。具體制備過程包含兩步：第一步，在 160 °條件下利用乙二醇還原氯化鉑制備鉑晶種；第二步，在上述溶液中入溶有硝酸銀和 PVP 的乙二醇溶液，并給予充足的反應(yīng)時(shí)間。通原硝酸銀而制備出一維銀納米線。在該制備過程中，Pt 晶種和 PV于獲得一維納米線形貌十分重要。

制[53]，如圖 1-3 所示：最初形成的晶核為五重孿晶，該孿晶由五晶組成，共用一個(gè)軸。通過計(jì)算可知每個(gè)正四面體只能占據(jù) 70.余下 7.5o的空隙，這個(gè)空隙需由晶體的扭曲變形來填充（已有報(bào)的存在[54]），故而孿晶界會(huì)擁有更高的表面能。在這個(gè)表面能的吸不斷向其附近遷移，同時(shí)在兩個(gè)孿晶面的限制作用下，通過奧斯程而長(zhǎng)成短棒狀；另外，因?yàn)?PVP 在(100)晶面上的附著量多，原子的沉積，而其在(111)晶面上的附著量則要少許多，銀原子更沉積。所以，上述因素綜合作用導(dǎo)致銀的各向異性生長(zhǎng)，形成銀納PVP 的濃度不可過高，否則對(duì)不同晶面的吸附差異無法體現(xiàn)出來可過低，否則孿晶晶界活性不夠，無法吸引銀原子生長(zhǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號(hào)：2802432