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铜族元素的导电性和传热性在所有金属元素中都是最好的,银占首位,铜次之。所以铜族元素的纳米材料一直以来都是材料科学研究的热点领域。纳米材料的特殊性质和潜在应用与它们的形状和尺寸密切相关。所以其应用的关键在于合成出形状和尺寸可控的纳米材料。 本论文正是基于铜族元素纳米材料的潜在应用前景来合成形状和尺寸可控的纳米材料,并就其生长机理进行了探索,试图揭示该类纳米材料生长过程中的本质问题。主要包括以下几个方面的内容: 一,首次成功报道了银纳米管的合成。以化学镀银反应为基础,利用三氧化二铝模板的空间限域作用,在没有对模板孔壁进行任何修饰的情况下,在常温常压下成功合成了高质量高产量的银纳米管,并对纳米管进行了XRD、TEM、SEM、UV-vis等一系列的表征,并对纳米管的生长机理进行了讨论。将传统的化学镀方法和前沿的纳米材料科学结合起来应该可以为纳米材料的制备提供一种高产廉价的合成方法。 二,提出了银一维纳米结构五重孪晶生长机理。没有添加任何的帽式试剂或表面活性剂,没有引进任何的种子诱导反应,只用一些简单的还原剂如柠檬酸三钠、葡萄糖、次亚磷酸钠等在比较温和的条件下还原银离子,制备了银的纳米线/棒,虽然不同的还原剂所得到的一维结构的产率不同,但通过对其进行结构分析,发现所有的银纳米线/棒都具有五重孪晶结构,进而提出了五重孪晶的生长机理。认为所有的纳米线或纳米棒都是由五重孪晶的晶核发展起来的。并且提出被还原的银原子的化学自由能和五重孪晶内部的高的应力之间的能量平衡对银纳米线直径的大小起着决定性的作用,并且决定着一维纳米线的生长。我们提出的一维纳米线的五重孪晶生长机理有可能为制备其它的面心立方金属的纳米线提供理论上的指导。 三,探索了极端电化学条件下纳米材料的生长(本论文是在没有支持电解质的稀溶液中),以CuSO4、AgNO3等稀溶液为研究体系,以普通的铁棒为工作电极,在没有使用任何模板的情况下,用电化学沉积的方法制备了金属Cu和Ag的纳米线,并通过对产物的表征以及对实验条件的分析,来解释它们的生长机理。 同时,以简单的CuSO4溶液为电解质,以玻碳为工作电极在控电流和控电位模式下合成了形态及尺寸可控的单晶的氧化亚铜纳米粒子以及奇特的纳米花结构,并在进行了一系列表征的前提下对它们的生长机理进行了探索。 这种没有额外支持电解质的稀溶液条件是金属一维纳米结构、氧化亚铜纳米粒子以及纳米花这种特殊结构的纳米材料形成的决定性因素。这种非常规电化学沉积有可能为纳米材料的研究提供一个新的思路。