树枝状微、纳米材料的电化学合成、表征及影响因素

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树枝状微/纳米结构与其它结构相比,通常具有表面积大、允许异质结构和易形成连续网状结构的特点。因此,树枝状结构的制备可能为纳米器件在将来的应用提供新的机会。本论文主要采用一种简单、快速、节能的电沉积路线成功地合成了树枝状金属及金属碲化物微、纳米材料,产物的相和形貌由X-射线粉末衍射仪(XRD)、能量散射谱(EDS)、(高分辨)透射电子显微镜(HR/TEM)、选区电子衍射(SAED)和扫描电子显微镜(SEM)进行了表征。系统地研究了影响树枝状纳米材料形貌形成的影响因素,如反应物的起始量、配位试剂、表面活性剂、沉积电流或电压等并调查了产物形貌的演化过程。论文的主要研究内容如下:1.采用一条简单的恒电流电沉积路线,以Bi(NO33·5H2O为起始材料,4 mA的沉积电流下沉积5min,在空气中室温下成功地合成了树枝状Bi纳米结构。形貌演化过程证明树枝状纳米结构是由不规则的纳米颗粒演化而来。实验表明Bi(III)在系统中的存在状态、沉积时间和某些配位试剂可以强烈影响最终产物的形貌。此外,发现所获得的产物具有检测水溶液中的重金属Cd的潜在应用价值。2.采用上述相同的电化学路线,以Pb(NO32和酒石酸的混合体系为电解液,铜片作为工作电极,于4mA电流下沉积5min,成功合成了大量树枝状分级的铅微结构。系统研究了各种参数如沉积电流、沉积时间和添加剂对分级的Pb微结构形成的影响。结果发现,酒石酸和Pb(NO32对于形成分级Pb微结构必不可少。实验还表明阴离子表面活性剂SDBS可以强烈影响最终产物的形貌;时间依赖的形貌演化实验显示,分形的Pb微结构是由原始的不规则颗粒取向生长而成的。3.采用一个简单的恒电位电化学法,在-0.2 V的沉积电压下沉积5min成功地合成了树枝状的PbTe微结构。系统地研究了沉积时间、电压、配位试剂和Pb2+离子源等因素对树枝状PbTe微结构形成的影响。结果显示,配位试剂、Pb2+离子源和沉积电压等参数对最终产物形貌的形成有很大影响。其中,乙二胺四乙酸二钠(EDTA)和酒石酸的比率及酒石酸的量明显影响PbTe的形貌。时间依赖的形貌演化过程表明:羽毛状PbTe树枝状结构由近似球形的纳米颗粒、花状结构和羽毛状树枝三个步骤演化而成;而纳米片叠加的灌木丛状PbTe微结构则是经历了不规则纳米颗粒、近似球形的颗粒、纳米片构筑的花状颗粒,未成熟的灌木丛状微结构及成熟的灌木丛状微结构等过程。4.在室温条件下,以Cu(CH3COO)2、Na2TeO3和硝酸为电解液,16 mA的沉积电流下沉积5 min,成功地制备了多晶的Cu7Te4树枝状微结构。研究了沉积电流、配位试剂、表面活性剂、Cu(CH3COO)2的起始量和Cu2+源等因素对树枝状Cu7Te4形成的影响。实验结果表明,低的沉积电流和Cu(CH3COO)2浓度不易生成纳米颗粒组成的树枝状Cu7Te4微结构。形貌演化实验显示,多晶Cu7Te4树枝状结构由纳米颗粒自组装生长而成。
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