论文部分内容阅读
模板法合成功能纳米材料具有操作简单、产物的结构和组分易于调控、易于实现规模化生产等优点,因而受到了科研工作者的广泛关注。近年来,碲和银纳米材料由于具有良好化学反应活性而被广泛地用于模板合成具有中空、多孔以及核壳结构的半导体、贵金属以及碳材料等多功能纳米材料。通过该方法制备的具有特殊结构的功能纳米材料在光电探测器、催化剂、生物医疗、传感器、能源储存等方面表现出良好的应用前景。尽管科研工作者已经在碲和银纳米材料的制备以及模板合成功能纳米材料方面取得了许多重要进展,但是碲和银纳米牺牲模板在反应后以离子形式被废弃的问题却一直被忽略了。如何实现牺牲模板的高效回收和再利用是目前降低模板反应成本和减少环境污染问题的关键。本论文将着重阐述如何通过模板反应制备多种功能纳米材料以及碲和银牺牲模板的回收和再利用研究。通过简单的化学转化过程将模板反应结束后产生的碲和银元素转化成亚碲酸钠和硝酸银,然后分别通过水热法和多元醇法实现了高质量的碲和银纳米线的再生。进一步,利用郎格缪尔-布吉特(LB)技术和旋涂组装技术对再生的碲和银纳米线进行了组装,研究了其在柔性透明导电电极和光电探测器方面的应用。取得的主要研究成果如下:1、实现了模板合成功能纳米材料过程中碲纳米线牺牲模板的回收。以碲纳米线为物理和化学模板制备碳纳米纤维、核壳结构的铂/钯@碳纳米纤维、铂纳米管/纳米颗粒复合物和钯纳米线等多种功能纳米材料时,碲纳米线通常被氧化刻蚀形成有毒的亚碲酸根离子,通过将简单的化学转化过程和水热合成过程相结合将以前作为废弃产物的碲元素重新制备成高质量的超细碲纳米线,并考察了不同反应体系中碲元素的回收产率及碲纳米线的理化性质。进一步,利用LB技术对碲和银纳米线进行共组装,并选择性的将高反应活性的碲纳米线氧化刻蚀掉,成功制备了银纳米线柔性透明电极。考察了银和碲纳米线的不同比例对柔性透明电极的性能的影响,并对其机械稳定性进行了研究。通过碲纳米线牺牲模板的回收大大降低了透明电极的制备成本。2、实现了模板合成功能纳米材料过程中银纳米牺牲模板的回收和再生,并利用银纳米线制备了柔性电致变色器件。通过电化学置换反应,形貌可控的银纳米材料可以模板合成多种中空或多孔结构的铂、金等贵金属纳米材料并产生了氯化银副产物。利用氨水洗涤将氯化银与产物分离,再经过水合肼的还原和硝酸的氧化可以回收得到硝酸银。采用多元醇法可以将回收的硝酸银制备成尺寸均一的银纳米线,并考察了不同反应体系中银元素的回收产率和再生银纳米线的理化性质。以银纳米线作为导体,利用LB技术对银纳米线和氧化钨纳米线进行共组装制备了柔性电致变色器件。考察了不同比例的氧化钨和银纳米线组装体对器件电致性能的影响以及器件的机械稳定性。此外,我们还制备出具有良好响应性能和稳定性的"USTC"字样、渐变显示的薄膜器件和固体电致变色器件,表明该方法操作简单且易于调控。3、利用旋涂组装技术制备了宏观有序的银和碲纳米线组装体,并用于柔性透明电极和光电探测器件的制备。考察了转速、纳米线溶液的体积和浓度、组装距离以及基底亲疏水性对纳米线组装的影响。通过偏振光谱对纳米线的有序性进行了表征。利用该方法,我们还制备了具有交叉网络结构的银纳米线透明电极。通过改变银纳米线的用量可以调节透明电极的透过率和导电性能。结合微纳加工制备技术,制备了具有辐射结构的有序碲纳米线光电探测器,并对不同粗细的碲纳米线和纳米管的光电性能进行了表征。