金属基底超疏水性铑薄膜的制备及性能研究

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近年来,基于仿生学而研究开发的各种新型功能材料在各个领域蓬勃发展,受到大自然中荷叶、水蝇、蝴蝶翅膀等不沾水的启发,人工仿生超疏水材料也引起了科学家广泛的关注。超疏水性是固体表面浸润性的一种,它由固体表面的形貌和表面化学组成共同决定,具有超疏水性的表面因其独特的性质在人们的日常生活以及工农业生产等领域中都有广阔的应用前景。目前,制备超疏水涂层的方法多种多样,但大都有工艺复杂、条件苛刻等一系列的问题。作为铂族金属中的一员,铑金属具有良好的催化活性,能够催化多种反应,但是超疏水材料的催化性能研究却很少。本文分别采用简单的化学置换法和电化学沉积方法,结合退火处理,在不引入有机低表面能物质,在锌基底和铜基底分别获得了Rh-ZnO/Zn超疏水表面和Rh/Cu超疏水表面,并对Rh-ZnO/Zn超疏水表面的催化性能做了分析研究。主要研究结果如下:(1)以锌片为基底,在RhCl3溶液中采用化学置换法和干燥退火结合的方法在锌基底构筑了微纳米双阶结构的Rh-ZnO/Zn超疏水薄膜,其静态接触角最大可达171o,滚动角为0o。通过单因素实验,考察了刻蚀时间、浸泡溶液浓度、酸的浓度、退火时间和退火温度的影响,并确定了最佳制备条件,退火因素在制备过程中起着至关重要的作用,它使得表面从亲水性转变为超疏水性成为可能。通过扫面电镜对其表面形貌进行了分析,通过X射线粉末衍射以及光电子能谱分析了其表面的化学组成,探究了超疏水表面形成的机理。选择4-硝基苯还原为4-氨基苯酚为模板反应,在硼氢化钠作为还原剂的情况下,对超疏水性Rh-ZnO/Zn薄膜的催化活性进行了探究,结果表明这种超疏水性薄膜不仅具有良好的催化活性,还具有良好的重复性。此外,对这种超疏水表面进行了抗腐蚀测试,表明其具有良好的抗腐蚀性。(2)以铜片为基底,在RhCl3溶液中首次采用电化学沉积法和干燥退火相结合的方法在铜基底构筑了Rh/Cu超疏水薄膜,通过测角仪测定其最大接触角可达168o,滚动角为0o。通过单因素实验,探讨了影响表面润湿性的因素及其规律,包括刻蚀时间、反应浓度、反应时间、退火温度和退火时间。利用接触角测量仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等测试方法对样品的润湿性能、表面形貌和组成成分等进行观察研究。通过实验证明该超疏水表面具有良好的自清洁能力。
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