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聚吡咯、硫化镉纳米材料的制备与应用研究

莫笑萍  
【摘要】:纳米材料具有一系列新异的物理、化学特性,有广阔的应用前景。获得大量的、尺寸可控的、成本较低的纳米材料仍然是一个极具挑战性的课题,也是纳米材料得到广泛应用的前提。所以,纳米材料的制备研究具有十分重要的意义。 聚吡咯具有稳定性好,电导率高,容易合成等优点,在应用方面有着广阔的前景。聚吡咯易形成不溶不熔的颗粒状,难以加工成型,限制了它的应用。定向生长的聚吡咯纳米线具有更高导电性和机械强度,在分子导线、材料增强和修饰电极等方面具有更加诱人的前景。使得聚吡咯纳米线的制备成为研究热点。 研制成功定向生长法制备聚吡咯纳米线。不使用任何模板,在水溶液体系中,采用电化学方法,在石墨电极表面快速、低成本合成了聚吡咯纳米线。研究表明,聚吡咯纳米线的形成经历二维瞬时成核和一维生长过程。聚吡咯纳米线的形貌受聚合电位、电化学方法、单体浓度、支持电解质浓度及聚合时间等合成条件的影响。形成聚吡咯纳米线的聚合电位范围为0.75~0.95 V。通过对合成条件的控制,合成了直径分布由40 nm到150 nm不等的聚吡咯纳米线。利用红外光谱测量分析了聚吡咯纳米线的电导率,最高为186 S/cm。使用自行设计的聚吡咯膜表观电导率装置测量了聚吡咯纳米线结构膜的表观电导率,与红外光谱法得到的电导率相比,聚吡咯纳米线结构膜的表观电导率小一个数量级。 首次研究了聚吡咯纳米线修饰电极在pH传感器方面的应用。结果表明,聚吡咯纳米线修饰电极对pH的具有良好的响应,且不受膜厚影响,容易制得具有稳定响应的pH传感器。对聚吡咯纳米线用作pH传感器的制备条件的优化进行了探索,提出聚吡咯对pH的响应机理,并建立数学关系式。 研究了聚吡咯纳米线及分散有普通金属Fe、Ni、Cu的金属/聚吡咯纳米线复合电极对电解析氢反应的催化性能,同时用不同的方法制备了金属/聚吡咯复合电极。研究表明,与石墨电极相比,金属(Fe、Ni、Cu)/聚吡咯电极对电解析氢反应有较好的催化性能。 研究了半导体CdS纳米粒子的制备及表征。半导体CdS纳米粒子具有优异的发光、光电转化等性能,近年来倍受关注。本文以巯基乙酸为稳定剂,在水溶液中制备了CdS纳米粒子,用UV-Vis吸收峰的蓝移和透射电镜对CdS纳米粒子的尺寸进行了评估。研究表明,CdS纳米粒子粒径及稳定性受诸如溶液温度、pH、稳定剂与S2-之间的比值等反应条件的影响;在常温下,HSCH2COOH与S2-的摩尔比为3.5,pH=9.0,得到了长期稳定、直径约为2.4 nm,粒度分布可达±5%的CdS纳米粒子。用电子衍射测得CdS纳米粒子为立方晶型。


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