碳、硅基功能纳米纤维的模板合成与性能研究

【摘要】：本论文进一步发展和拓宽了模板法于液相中制备一维纳米材料的方法，提出了一些新的合成纳米线、纳米管及多种杂化结构的技术。在合成半导体碲的纳米线、荧光碲／碳纳米电缆、碳纤维、二氧化硅纳米管，以及内嵌贵金属纳米催化剂的二氧化硅纳米管的实践上获得了显著进展。利用高分子表面活性剂在晶体晶面上的选择性吸附合成了超细碲纳米线与碲纳米带；在碲纳米线模板存在的条件下实现了对葡萄糖的水热碳化过程的控制，制备了具有荧光特性的纳米电缆与碳纤维；利用合成的碳纳米结构制备了发光的二氧化硅纳米管；发展了一种普适的方法将贵金属的纳米颗粒填充到二氧化硅纳米管中。详细内容归纳如下： 1．通过选择高分子表面活性剂PVP来控制半导体碲在水热体系中的各向异性生长，合成了直径为4-9nm的超细碲纳米线；通过调节PVP的量以及其它反应参数，实现了碲纳米带和超细纳米线的选择性合成。 2．作者设计了一条温和的水热路线制备了荧光碲／碳纳米电缆与碳纤维。将合成的超细碲纳米线引入到葡萄糖的水热碳化过程，有效抑制了葡萄糖碳化形成胶体碳球的趋势。同时，作者也提出了一步法利用葡萄糖与亚碲酸钠直接反应选择性合成碲的纳米线与碲／碳纳米电缆网络结构的技术。这些低温水热合成的碳纳米材料具有特殊的反应活性，可以原位自发还原贵金属的盐，在碳材料上形成钯、铂，金等纳米催化剂，这些催化剂材料对CO具有很高的催化氧化转换性能。 3．提出了一种普适的方法合成了填充有贵金属纳米颗粒的二氧化硅纳米管。利用碳材料的反应活性原位还原组装上贵金属纳米颗粒的杂化纤维作为模板，成功的制备了内嵌贵金属的二氧化硅纳米管反应器；同时水热碳化合成的碳纳米结构材料作为反应的硬模板，合成了内径可控的二氧化硅纳米管。 4．拓展了同步软硬模板法，在水热条件下通过调节聚乙烯醇的浓度和温度制备了不同的碲／交联PVA核壳结构的纳米材料。聚乙烯醇的浓度、反应的温度以及反应时间对形成不同的核壳结构起着重要的作用；并且详细研究了体系中的反应与核壳形貌变化的过程。