一维有机/无机纳米杂化材料的制备及应用

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近几年,随着科学技术和生产力的不断进步,社会对材料的需求越来越高。为了能够满足现代社会生产和生活的需要,科研工作者做了大量的研究工作,努力设计出符合现代社会需求的新型材料。传统的块体材料因其结构和性能的局限性,无法满足现代社会的需求。人们开始将目光转向具有优良性能的纳米材料。但是,单相纳米材料自身仍然存在缺陷无法实现大规模的应用。纳米杂化材料引起了科研工作人员的巨大兴趣。纳米杂化材料结合了多组分的性质克服了单相材料在应用中的局限性。由于一维材料的各向异性,各国的研究人员开始致力于一维纳米杂化材料的研究。本工作为一维有机/无机纳米杂化材料的可控制备和应用开辟了新的机会。   本文的主要工作包括一下三个方面:   (1)“针状”聚苯胺/碳纤维(PANI/CFs)有序结构的构筑及其电化学性能的研究   采用CFs为基质,利用化学氧化法原位合成具有“针状”有序结构的PANI/CFs纳米杂化材料。通过对苯胺单体(ANI)的初始浓度和反应时间的调控可以实现对PANI/CFs形貌的调控。“针状”PANI扩大了电极与电解液的接触面积,而且缩短了电子的转移路径。CFs具有很好的导电性能,能够促进PANI/CFs之间的电子传输,减小电极材料的内阻。PANI/CFs之间良好的结合大大减小了PANI在充放电过程的膨胀与收缩,能够很好地稳定PANI/CFs的结构,使其获得良好的循环稳定性。实验结果表明PANI/CFs具有较高的电容值(427F/g)和长的循环寿命(3000次循环后电容值仍有90%)。   (2)St(o)ber法可控合成银纳米线/酚醛树脂(Ag/RF)共轴纳米缆及微孔碳纳米管(CTs)的制备   采用银纳米线(AgNWs)为牺牲模板,酚醛树脂为碳前驱体,利用St(o)ber法成功合成Ag/RF共轴纳米缆。Ag/RF经过碳化、刻蚀后即可以得到具有微孔结构的碳纳米管。实验结果表明改变酚醛树脂和AgNWs的摩尔比和聚合时间的可以实现对Ag/RF的壁厚的调控,进而对碳管的壁厚进行控制。所得微孔碳纳米管具有单分散的微孔结构。本工作为制备不同形态的微孔碳纳米结构开辟了一个简易、通用的途径,为碳纳米管在燃料电池、催化和吸附材料领域的应用提供可能。   (3)超临界二氧化碳(SCCO2)辅助制备聚丙烯酸/碳纳米管(PAA/CNTs)杂化材料及其分散性和负载银纳米粒子(AgNPs)   利用SCCO2技术,实现了非结晶性聚合物PAA对CNTs的修饰。在这项工作中,SCCO2作为一种抗溶剂使PAA在SCCO2温度下呈现完全不同的形态。这些独特的纳米杂化结构的形成是由于在不同的SCCO2温度下PAA的质子化程度不同。实验结果表明PAA与CNTs之间通过π-π相互作用连接。由于PAA本身良好的水溶性使得CNTs在水溶液中具有很好的分散性。PAA大量的羧基可以作为“胶水”实现PAA/CNTs对AgNPs的负载。本工作开辟了利用SCCO2技术辅助非结晶性聚合物修饰CNTs及进一步负载金属纳米粒子的新方法,为CNTs的进一步应用打下基础。
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