多级结构银微纳米晶的构筑与性能研究

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在诸多金属微纳米材料中,银因其优异的导电性能、良好的催化性能、突出的表面等离子体共振(SPR)特性以及卓越的表面增强拉曼散射(SERS)基底特性而引起了广泛的研究与关注。然而,因多级结构的银微纳米晶的控制合成技术及其性能和应用方面的研究不足,多级结构的银微纳米晶的控制合成及性能研究的报道有限,相关的规模可控合成和应用探索更显不足。  先进电子材料和器件的发展需要在提高性能的前提下,降低成本、简化操作、批量制备。已有研究报道,多级结构纳微米银微晶对未来光电子进步具有新的潜在应用价值和重要意义。本论文着重探讨具有实际应用前景的具有特殊结构的银微纳米晶的构筑及应用研究。  本论文的主要研究内容和成果如下:  1、在无表面活性剂条件下合成出了具有多级结构的刺球状、花状及枝状银微纳米晶,深入研究了银微纳米晶的生长过程及控制因素,提出了多级结构银微纳米晶的生长机制和理论;多级结构银微纳米晶的(111)晶面主要暴露晶面;反应过程中硝酸的氧化腐蚀作用、银离子的扩散及基于表面能的银原子的选择性沉积是形成片状银与枝状银的两个内在因素;反应物浓度、摩尔比值、反应体系的pH及温度同样是影响多级结构银微纳米晶生长的关键因素。对比研究了所制备的多级结构银微纳米晶作为表面增强拉曼基底、催化剂,以及在电化学氧化与放电领域中的应用。研究结果表明,将花状、枝状银微晶用于导电银胶的导电导电填料时,在提高导电性基础上可节省银用量15~20%。  2、用胺羧类化合物乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为形貌诱导剂一步合成出具有片-带一体多级结构的银微晶。这种微晶的结构独特在于,该多级结构是由六方片状银连接一根带状纳米银组合而成的连续的统一体,片与带之间的结构转变自然无明显分界线;XRD晶体结构分析进一步表明,片-带一体结构银微晶产物中只有面心立方一种晶体结构存在,无其它晶体结构或晶格畸变存在。在考察了形貌诱导剂用量、种类、无机酸含量、反应物浓度及摩尔比值等对反应产物形貌及尺寸的影响的基础上,深入探讨了片-带一体多级结构银微晶的生长过程,提出了反应过程机理。通过对反应进程的严格控制,可得到形貌及尺寸均一的带状银纳米微晶。此外,以EDTA-2Na与苹果酸共为形貌诱导剂时,还可得到哑铃状、图钉状、南瓜状、蝌蚪状等形貌的多级结构银微晶。  3、采用分步化学还原法批量制备出了具有纳米尺度的类球形银纳米晶粉体。反应在75℃条件下,以硝酸银为银盐前驱体,首先引入柠檬酸钠与硝酸银反应,生成具有棒状形貌的柠檬酸银,再用弱还原剂葡萄糖进行预还原,在棒状柠檬酸银表面生成微小的银晶种,最后用抗坏血酸彻底还原得到的银纳米微晶,粒径分布在20~40nm之间,产量大于30g/L,银纳米微晶的再分散性良好,粒径分布较窄,结晶度高,具有优良的催化还原活性。因为尺寸分布范围的实用性、粒子优越的性能、高产率的、低成本的批量制备技术,这款银纳米微晶粉体具有广泛实际应用前景。
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