阳极氧化铝模板限域制备一维杂化纳米材料及其多样化应用的研究进展
发布时间：2021-07-10 10:51
一维杂化纳米材料以其独特的物理化学性质,在电学、光学、催化等领域得到了广泛的应用。其制备方法对一维杂化纳米材料性能的改变和调控显得至关重要。模板法作为一种简单而普适的合成工艺,近几年来被广泛应用于纳米结构和纳米阵列的合成。本文主要介绍了阳极氧化铝（AAO）模板法制备一维杂化纳米材料整体情况、AAO模板结合其他技术材制备材料的方法、一维杂化纳米材料在刺激响应性器件、能量存储与转换器件、催化等众多领域的应用。
【文章来源】：应用化学. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
在电流密度分别为30、200和500 m A/g时Sn-Al2O3-C的循环性能;(b)Sn-Al2O3-C在不同电流密度下的速率性能[45];(c)SDCNTs阴极的循环稳定性;(d)SDCNTs阴极的库仑效率[46]
Li等[13]采用AAO为模板，通过电化学共沉积以吡咯(Pyrrole)和3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)作为C、N、S源，并结合碳化作用，制备了一种新颖的N、S共掺杂的碳纳米线(NS-CNW)阵列。具体步骤如图1d所示:在电聚合前，先在AAO模板的侧面溅射一层厚度约1μm的Au。首先采用循环伏安法在AAO模板上沉积PPy-co-EDOT纳米线，然后将其在700℃下退火，高分子基的纳米线就转化为碳基的NS-CNWs，如图1b和1c所示，得到了长度约为20μm，平均直径在100～150 nm之间的碳基纳米线阵列。在掺杂均质纳米线的制备中，Nie等[14]利用AAO模板限域技术，开发出一种浓度梯度控制电沉积(CCED)技术，用于在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)中制备钠离子梯度掺杂聚吡咯纳米线(GDNw)。如图1e为CCED技术制备钠离子梯度掺杂聚吡咯纳米阵列(GDNa)和单个GDNw的原理图。在电沉积过程中，利用SDBS变化的电解质浓度建立了Na离子浓度梯度，这是制备浓度梯度的一维杂化纳米线的关键所在。进而，Chen等[15]以AAO为模板，采用原位电化学共聚合方法合成了一种新型的π-共轭导电共聚物纳米线阵列。以EDOT、T34bT和四丁基高氯酸铵(TBAP)乙腈溶液为原料，在适当的时间和电压下，合成了PEDOT-co-T34bT共聚物。采用电化学沉积法制备突变异质结纳米线，可以获得具有更多新颖功能的一维杂化纳米材料。在这个思路的影响下，利用AAO模板，选择合适的具有特定功能的P型的有机半导体材料如PPy、PEDOT、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PANI)等，以及N型的无机化合物包括CdS、MnO2和CuS等组成有机/无机、有机/有机、无机/无机杂化纳米材料[16-20]。例如，Chen等[21]选择P型的聚[1,4-双(吡咯-2-苯)苯](PBPB)和N型的CdS制备P-N异质结纳米线阵列(如图2a所示)。采用电化学聚合法将PBPB沉积到AAO模板中，部分填充在孔内形成PBPB纳米线。然后通过N原子与Cd2+离子的配位作用被吸附在聚合物PBPB的表面进而生长得到了CdS纳米线，最终得到PBPB/CdS突变异质结纳米线。我们可以在高放大率下(图2b)清楚地看到突变P-N异质结，两组分间具有清晰的界面，左侧是PBPB，右侧是CdS。值得一提的是，Chen等[22]采用P型有机半导体PEDOT、PPy和N型无机化合物半导体PbS，通过电化学依次沉积和模板定向生长方法制备了PEDOT-PbS-PPy(EPP)三段轴向异质结纳米线阵列。这是科学家们首次通过电化学沉积联合模板限域技术获得了三段异质结构的一维纳米材料，这种复杂而独特的纳米材料将为我们制备新型微型电子元器件提供良好的材料基础。
采用电化学沉积法制备突变异质结纳米线，可以获得具有更多新颖功能的一维杂化纳米材料。在这个思路的影响下，利用AAO模板，选择合适的具有特定功能的P型的有机半导体材料如PPy、PEDOT、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PANI)等，以及N型的无机化合物包括CdS、MnO2和CuS等组成有机/无机、有机/有机、无机/无机杂化纳米材料[16-20]。例如，Chen等[21]选择P型的聚[1,4-双(吡咯-2-苯)苯](PBPB)和N型的CdS制备P-N异质结纳米线阵列(如图2a所示)。采用电化学聚合法将PBPB沉积到AAO模板中，部分填充在孔内形成PBPB纳米线。然后通过N原子与Cd2+离子的配位作用被吸附在聚合物PBPB的表面进而生长得到了CdS纳米线，最终得到PBPB/CdS突变异质结纳米线。我们可以在高放大率下(图2b)清楚地看到突变P-N异质结，两组分间具有清晰的界面，左侧是PBPB，右侧是CdS。值得一提的是，Chen等[22]采用P型有机半导体PEDOT、PPy和N型无机化合物半导体PbS，通过电化学依次沉积和模板定向生长方法制备了PEDOT-PbS-PPy(EPP)三段轴向异质结纳米线阵列。这是科学家们首次通过电化学沉积联合模板限域技术获得了三段异质结构的一维纳米材料，这种复杂而独特的纳米材料将为我们制备新型微型电子元器件提供良好的材料基础。在异质结构的微观形貌调控方面，Chen等[23]采用电化学沉积法设计并合成了一种新型的由无机半导体Pb S和导电聚合物PPy组成的轴向嵌套P-N异质结纳米结构，这种P-N异质结的长度可达450 nm，面积达到了0.44μm2。Guo等[24]采用电沉积法合成了PTh-CdS核壳异质结构纳米棒。首先在含有噻吩和六氟磷酸四丁基铵(Bu4NPF6)的乙腈溶液中，PTh在AAO模板中进行电聚合。然后将CdS沉积到含有AAO模板的PTh中，将AAO模板溶解，最终得到PTh-CdS核壳纳米棒。图2c为大面积的PTh-CdS核壳纳米棒的SEM图像，大量的纳米棒表明膜的填充密度很高。由图2d高放大率下PTh-CdS核壳纳米棒的俯视SEM图可知，PTh纳米棒的一半是一个圆形的壳。壳的长度可以通过调节CdS电沉积的时间来控制，这说明壳层是CdS。图2e为核壳纳米棒的侧视图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯在聚合物阻燃材料中的应用及作用机理[J]. 陈南,钟贵林,张国峰. 应用化学. 2018(03)
[2]多孔AAO模板合成低维有序纳米结构阵列研究进展[J]. 张璋,胡蝶,张晓燕. 华南师范大学学报(自然科学版). 2016(06)
[3]石墨烯基纤维电容器的可控制备及应用[J]. 聂肖威,陈南,李静,曲良体. 应用化学. 2016(11)
[4]高质量多孔氧化铝模板的制备[J]. 刘凯,杜凯,陈静,周兰,张林,方瑜. 强激光与粒子束. 2010(07)
[5]利用AAO模板合成纳米材料[J]. 张吉林,洪广言. 应用化学. 2004(01)
本文编号：3275777
【文章来源】：应用化学. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
在电流密度分别为30、200和500 m A/g时Sn-Al2O3-C的循环性能;(b)Sn-Al2O3-C在不同电流密度下的速率性能[45];(c)SDCNTs阴极的循环稳定性;(d)SDCNTs阴极的库仑效率[46]
Li等[13]采用AAO为模板，通过电化学共沉积以吡咯(Pyrrole)和3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)作为C、N、S源，并结合碳化作用，制备了一种新颖的N、S共掺杂的碳纳米线(NS-CNW)阵列。具体步骤如图1d所示:在电聚合前，先在AAO模板的侧面溅射一层厚度约1μm的Au。首先采用循环伏安法在AAO模板上沉积PPy-co-EDOT纳米线，然后将其在700℃下退火，高分子基的纳米线就转化为碳基的NS-CNWs，如图1b和1c所示，得到了长度约为20μm，平均直径在100～150 nm之间的碳基纳米线阵列。在掺杂均质纳米线的制备中，Nie等[14]利用AAO模板限域技术，开发出一种浓度梯度控制电沉积(CCED)技术，用于在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)中制备钠离子梯度掺杂聚吡咯纳米线(GDNw)。如图1e为CCED技术制备钠离子梯度掺杂聚吡咯纳米阵列(GDNa)和单个GDNw的原理图。在电沉积过程中，利用SDBS变化的电解质浓度建立了Na离子浓度梯度，这是制备浓度梯度的一维杂化纳米线的关键所在。进而，Chen等[15]以AAO为模板，采用原位电化学共聚合方法合成了一种新型的π-共轭导电共聚物纳米线阵列。以EDOT、T34bT和四丁基高氯酸铵(TBAP)乙腈溶液为原料，在适当的时间和电压下，合成了PEDOT-co-T34bT共聚物。采用电化学沉积法制备突变异质结纳米线，可以获得具有更多新颖功能的一维杂化纳米材料。在这个思路的影响下，利用AAO模板，选择合适的具有特定功能的P型的有机半导体材料如PPy、PEDOT、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PANI)等，以及N型的无机化合物包括CdS、MnO2和CuS等组成有机/无机、有机/有机、无机/无机杂化纳米材料[16-20]。例如，Chen等[21]选择P型的聚[1,4-双(吡咯-2-苯)苯](PBPB)和N型的CdS制备P-N异质结纳米线阵列(如图2a所示)。采用电化学聚合法将PBPB沉积到AAO模板中，部分填充在孔内形成PBPB纳米线。然后通过N原子与Cd2+离子的配位作用被吸附在聚合物PBPB的表面进而生长得到了CdS纳米线，最终得到PBPB/CdS突变异质结纳米线。我们可以在高放大率下(图2b)清楚地看到突变P-N异质结，两组分间具有清晰的界面，左侧是PBPB，右侧是CdS。值得一提的是，Chen等[22]采用P型有机半导体PEDOT、PPy和N型无机化合物半导体PbS，通过电化学依次沉积和模板定向生长方法制备了PEDOT-PbS-PPy(EPP)三段轴向异质结纳米线阵列。这是科学家们首次通过电化学沉积联合模板限域技术获得了三段异质结构的一维纳米材料，这种复杂而独特的纳米材料将为我们制备新型微型电子元器件提供良好的材料基础。
采用电化学沉积法制备突变异质结纳米线，可以获得具有更多新颖功能的一维杂化纳米材料。在这个思路的影响下，利用AAO模板，选择合适的具有特定功能的P型的有机半导体材料如PPy、PEDOT、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PANI)等，以及N型的无机化合物包括CdS、MnO2和CuS等组成有机/无机、有机/有机、无机/无机杂化纳米材料[16-20]。例如，Chen等[21]选择P型的聚[1,4-双(吡咯-2-苯)苯](PBPB)和N型的CdS制备P-N异质结纳米线阵列(如图2a所示)。采用电化学聚合法将PBPB沉积到AAO模板中，部分填充在孔内形成PBPB纳米线。然后通过N原子与Cd2+离子的配位作用被吸附在聚合物PBPB的表面进而生长得到了CdS纳米线，最终得到PBPB/CdS突变异质结纳米线。我们可以在高放大率下(图2b)清楚地看到突变P-N异质结，两组分间具有清晰的界面，左侧是PBPB，右侧是CdS。值得一提的是，Chen等[22]采用P型有机半导体PEDOT、PPy和N型无机化合物半导体PbS，通过电化学依次沉积和模板定向生长方法制备了PEDOT-PbS-PPy(EPP)三段轴向异质结纳米线阵列。这是科学家们首次通过电化学沉积联合模板限域技术获得了三段异质结构的一维纳米材料，这种复杂而独特的纳米材料将为我们制备新型微型电子元器件提供良好的材料基础。在异质结构的微观形貌调控方面，Chen等[23]采用电化学沉积法设计并合成了一种新型的由无机半导体Pb S和导电聚合物PPy组成的轴向嵌套P-N异质结纳米结构，这种P-N异质结的长度可达450 nm，面积达到了0.44μm2。Guo等[24]采用电沉积法合成了PTh-CdS核壳异质结构纳米棒。首先在含有噻吩和六氟磷酸四丁基铵(Bu4NPF6)的乙腈溶液中，PTh在AAO模板中进行电聚合。然后将CdS沉积到含有AAO模板的PTh中，将AAO模板溶解，最终得到PTh-CdS核壳纳米棒。图2c为大面积的PTh-CdS核壳纳米棒的SEM图像，大量的纳米棒表明膜的填充密度很高。由图2d高放大率下PTh-CdS核壳纳米棒的俯视SEM图可知，PTh纳米棒的一半是一个圆形的壳。壳的长度可以通过调节CdS电沉积的时间来控制，这说明壳层是CdS。图2e为核壳纳米棒的侧视图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯在聚合物阻燃材料中的应用及作用机理[J]. 陈南,钟贵林,张国峰. 应用化学. 2018(03)
[2]多孔AAO模板合成低维有序纳米结构阵列研究进展[J]. 张璋,胡蝶,张晓燕. 华南师范大学学报(自然科学版). 2016(06)
[3]石墨烯基纤维电容器的可控制备及应用[J]. 聂肖威,陈南,李静,曲良体. 应用化学. 2016(11)
[4]高质量多孔氧化铝模板的制备[J]. 刘凯,杜凯,陈静,周兰,张林,方瑜. 强激光与粒子束. 2010(07)
[5]利用AAO模板合成纳米材料[J]. 张吉林,洪广言. 应用化学. 2004(01)
本文编号：3275777
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