【摘要】：納米材料的熔化和電化學(xué)性質(zhì)均與相應(yīng)的塊狀物質(zhì)存在顯著的差異,這種差異取決于納米顆粒的粒度和形貌。然而,關(guān)于粒度和形貌對納米顆粒熔化熱力學(xué)性質(zhì)影響的研究還不完善,形貌對納米顆粒電極電化學(xué)性質(zhì)的影響還不完全清楚,而在納米材料的研究、制備和應(yīng)用過程中,經(jīng)常涉及到納米顆粒的熔化和電化學(xué)性質(zhì),因此,本論文通過對納米顆粒熔化和電化學(xué)進行理論和實驗研究,來進一步闡明粒度和形貌對納米顆粒熔化、電化學(xué)的影響規(guī)律和影響機理。在納米熔化熱力學(xué)方面,根據(jù)表面預(yù)熔化模型,導(dǎo)出了四種形貌納米顆粒的熔化溫度與粒度的熱力學(xué)關(guān)系式,討論了形貌和粒度對納米顆粒熔化的影響規(guī)律;其次,選擇納米銅顆粒的熔化和電化學(xué)性質(zhì)作為研究體系,分別采用微波輻照法、水熱法、液相還原法制備出球形納米銅、八棱柱形納米銅、銅納米線和立方形納米銅,并使用X射線衍射儀(XRD)和電子掃描顯微鏡(SEM)對樣品的顆粒的粒徑和形貌進行了表征;然后采用差示掃描量熱儀(DSC)測定了不同形貌和粒度納米銅的熔化曲線,進而得到了納米銅的熔化的初始溫度(To)以及相變速率最大處的溫度(TM)、熔化焓(△slHm)和熔化熵(△slSm),,探討了粒度和形貌對其相變熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律,并與相應(yīng)的理論進行了比較。納米電化學(xué)方面,在納米體系反應(yīng)熱力學(xué)的基礎(chǔ)上,通過引入形狀參數(shù),首次推導(dǎo)出不同形貌納米銅電極的電極電勢、溫度系數(shù)以及電極反應(yīng)熱力學(xué)函數(shù)與其粒徑的關(guān)系,并討論了形貌和粒度對納米顆粒電極反應(yīng)熱力學(xué)的影響規(guī)律;通過測定不同溫度下納米銅電極的電極電勢,進而得到了不同形貌和粒徑的納米銅電極的標準電極電勢(Eo)、電極反應(yīng)的溫度系數(shù)((?))p、平衡常數(shù)(lnKo)、納米銅電極的摩爾反應(yīng)吉布斯自由能(△rGmo)、摩爾電極反應(yīng)熵(△rSmo)、摩爾反應(yīng)焓(△rHmo)以及可逆反應(yīng)熱(Qr),討論了形貌和粒度對納米銅電極電極反應(yīng)熱力學(xué)的影響,并與相應(yīng)的理論進行了比較;根據(jù)不同形貌和粒度納米銅電極循環(huán)伏安曲線的測定結(jié)果,討論了其電極過程機理,以及粒度和形貌對納米銅電極反應(yīng)動力學(xué)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:(1)采用微波輻照法制備球形納米銅的過程中,CuCl_2溶液的濃度、預(yù)置溫度、原料配比以及反應(yīng)時間均對其粒度有影響,其中預(yù)置溫度是主要影響因素;制備八棱柱形納米銅時,十八胺ODA的用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間均對其形貌和粒徑有顯著影響;通過調(diào)整十六胺HDA的用量,可以制備銅納米線和立方形納米銅。(2)粒度和形貌對納米銅的熔化熱力學(xué)性質(zhì)均有顯著影響;隨著粒徑的減小,其熔化溫度、熔化焓和熵均隨之減小,并且分別與粒徑的倒數(shù)呈線性關(guān)系;納米銅熔化熱力學(xué)性質(zhì)的形貌影響規(guī)律為:同一等效直徑下,球形納米銅的熔化熱力學(xué)函數(shù)大于八棱柱形和立方形納米銅的熱力學(xué)函數(shù)。這些影響規(guī)律與理論一致。(3)粒度和形貌對納米銅電極的電極反應(yīng)熱力學(xué)均有顯著影響;隨著納米銅粒徑的減小,Eo和lnKo減小,而((?))p、△rGmo、△rSmo和△rHmo均增大,并且Eo、((?))p、△rGmo、△rSmo、△rHmo、以及l(fā)nKo與納米銅粒徑的倒數(shù)均呈線性關(guān)系;形貌對納米銅電極反應(yīng)熱力學(xué)的影響規(guī)律為:同一等效直徑下,Eo(球形)Eo(線)Eo(八棱柱形),銅納米線電極的反應(yīng)熱力學(xué)函數(shù)最小,其次是球形納米銅電極的,八棱柱形和立方形納米銅電極的反應(yīng)熱力學(xué)函數(shù)較大。這些影響規(guī)律與理論一致。(4)粒度和形貌對納米銅電極的電極反應(yīng)動力學(xué)有顯著影響;隨著粒度的減小,峰電壓發(fā)生負偏移,且電極過程峰電壓值和納米銅的粒徑的倒數(shù)呈線性關(guān)系;峰電流值隨粒徑的減小而增大,并且電極過程峰電流值和納米銅的粒徑的倒數(shù)呈線性關(guān)系;電極反應(yīng)為準可逆體系,且在所測粒徑范圍內(nèi),隨著粒徑的減小,其電極反應(yīng)可逆性變差;形貌對納米銅電極反應(yīng)動力學(xué)的影響規(guī)律為:所測粒徑范圍內(nèi),球形納米銅電極的可逆性最好,其次是銅納米線電極,八棱柱形和立方形納米銅電極的可逆性較差。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O614.121;TB383.1

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本文編號：2327437