基于聚合物辅助金属无电沉积法制备金属碳纤维和金属海绵及其应用研究

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在基底材料上沉积金属在柔性可穿戴设备、能源、催化、光热转换、油水分离等领域有潜在应用价值。其中,聚合物辅助金属无电沉积方法(PAMD)具有简便、绿色、环保、低成本、高效率等优点,是一种在基底材料表面沉积金属的较有前途的方法。本论文主要扩展了PAMD方法在柔性电极材料和催化领域的应用,制备了高导电高机械性能的柔性电极材料和高催化活性的黑金海绵。本课题主要研究内容如下:第一,以碳纤维(T300)为基底材料,对其进行等离子体处理、硅烷化、自由基聚合、离子交换等前处理后,在其表面进行金属铜、银、金、镍的无电沉积。金属铜、银、金、镍修饰的碳纤维布的面电阻分别为0.253Ω/sq、0.152Ω/sq、0.523Ω/sq、0.473Ω/sq,对应的金属颗粒大小分别为200 nm、200 nm、100 nm、50 nm。由于制备的碳纤维表面的纳米金属颗粒排列紧密连接成一层致密的导电金属膜,这样得到的纳米级厚度的金属薄膜既保证了金属高导电性能的稳定,又兼容了碳纤维的柔性和高机械强度,从而得到一种超轻的高导电高机械强度的金属修饰的柔性电极材料,可用于各种柔性可穿戴设备。第二,以牺牲方糖模板法制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)海绵,以PDMS海绵为基底材料进行纳米金的沉积,通过调节等离子体处理、硅烷化、自由基聚合、离子交换等前处理的时间,铜沉积液和金沉积液的浓度等试验参数,在PDMS海绵上沉积一层大小均匀、彼此分散的粒径在9-40 nm之间的纳米金颗粒,将纳米金颗粒的高催化活性和PDMS海绵巨大比表面积、三维互联结构完美结合在一起,从而得到具有显著催化活性的黑金海绵,用于催化对硝基苯酚(4-NP)的还原,催化速率高达1.51×106 min-11 mol-1,催化效率高达99.78%。
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