廉价金属Al、Sn纳米片制备工艺、表征及应用探索
发布时间：2021-12-23 12:55
自2004年Gelm等人通过机械剥离的方式首次制得单层石墨烯以来,之后以非金属烯、过渡金属硫族化合物、六方氮化硼等为代表的类石墨烯结构迅速拓宽了二维纳米材料的研究领域。然而,对于以密排堆积为特征的金属类材料,其无方向性的金属键以及无层状结构的原子排布,使其无法形成促进二维生长的本征驱动力,限制了金属二维纳米材料的发展。在金属二维纳米材料的研究领域内,仅有部分贵金属通过限制晶面生长方向,以湿化学法实现小面积二维金属纳米片的制备。对于其他非贵金属,由于受到高还原性的化学限制等其他因素,其二维结构的研究制备依然极为有限。针对非贵金属二维纳米材料制备技术上存在的困难,本论文提出一种简单高效、成本低廉的金属二维纳米材料制备新策略——单金属辊轧法,巧妙的利用金属的延展性以及有机物的流变性及塑性形变能力,通过将金属片材表面涂布有机隔层材料,在多道次对折辊轧减薄后,与有机溶剂中物理搅拌并超声分离,即可获得非贵金属自支撑超薄二维纳米材料。此外,进一步的对所制备非贵金属自支撑超薄二维纳米材料的成分、形貌、结构进行全面的表征分析,并对非贵金属自支撑超薄二维纳米材料的其他方面应用进行了相应的探索。（1）根据现...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)配体辅助生长模型[25]；(b)Pt纳米轮高放大倍率SEM图像
廉价金属Al、Sn纳米片制备工艺、表征及应用探索6图1.2CO介导的(a)PdCu合Au纳米片[38]以及(b)Pd纳米片[39]与小分子不同，金属离子和卤化物离子主要通过对某些金属原子或晶面进行氧化蚀刻，以减慢晶体生长过程中的附加成核过程。例如，有研究者表面I-离子可以选择性地牢固结合在Au(111)晶面上，从而促进(111)取向的Au纳米棱镜的形成[41]，然而I-离子却会将Ag选择性沉积到纳米板种子上，从而促进垂直生长而不是横向生长，从而显着影响2D形态[42]。1.2.1.3其他自下而上方法除以上两种主要合成方法外，研究者们开发出其他各类自下而上法，如二维模板限域生长[43]、多元醇法[44]、种子生长法[45]、光化学合成法[46]、水热和溶剂热法[47]、晶相转化法[48]、生物合成法[49]、纳米颗粒自组装[50]等一系列方法。这些方法通过改变表面自由能、化学生长环境、自身组分结构等条件引导或改变金属纳米结构的生长方向，实现自支撑二维结构的组建。1.2.2自上而下法1.2.2.1剥离法尽管大多数金属材料是非层状结构，但极少数金属具有同素异形体，且其同层结构在环境条件下稳定[51]。对锑(Sb)金属而言，Sb金属的的灰色同素异形体其晶体构型为扭曲的密排六方结构(hcp结构)，形成独特的类层状排布，层内原子间距比相邻层之间的原子间距短10-20％。根据该特性，Yang等人将灰色Sb同素异形体分散在含有氢氧化钠的异丙醇溶液中，然后在自然环境下进行超声处理，成功使用液相剥离法制备出厚度约为3.0-4.3nm的Sb金属纳米片[52]。同时，二维金属纳米结构还可以衍生自可被剥离的二维金属化合物。例如Matsumoto等人证明从层状氧化铂上剥落的铂氧化物单层可以制备单层铂纳米片[53]；Fukuda等
廉价金属Al、Sn纳米片制备工艺、表征及应用探索8图1.3(a)热压法示意图[62]；(b)液相剥离法示意图[52]；(c)辊轧法示意图[63]1.3二维金属纳米材料的性质与应用二维金属材料由于其高度暴露的金属原子表面，表现出不同寻常的表面特性，如高电子迁移率、量子霍尔效应、表面等离激元特性等，在表面增强拉曼、光学传感、生物成像、肿瘤光热治疗、光(电)催化、储能等领域具有重要的研究价值[65,66]。1.3.1二维金属纳米材料的性质1.3.1.1稳定性尽管大量的研究者通过控制生长动力学成功地制备了各种二维金属纳米结构，然而在表征过程中二维金属纳米结构的稳定性问题对其在实际应用中的影响不可忽视。从热力学角度来看，由于二维结构具备高表面能且不饱和表面原子的比例很高，因此2D形态不是金属材料的最稳定状态。从理论上讲，如果有足够的能量(如环境热量、高能电子、氧化剂或其他刺激性化学物质的化学侵蚀)，所有的金属纳米结构都倾向于转变为各向同性的形状，以最大程度地降低表面体积比[22]。例如，Huang等人发现与氧化石墨烯(GO)表面上合成的超薄Au纳米片在
【参考文献】：
期刊论文
[1]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu. Nano-Micro Letters. 2014(04)
本文编号：3548518
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)配体辅助生长模型[25]；(b)Pt纳米轮高放大倍率SEM图像
廉价金属Al、Sn纳米片制备工艺、表征及应用探索6图1.2CO介导的(a)PdCu合Au纳米片[38]以及(b)Pd纳米片[39]与小分子不同，金属离子和卤化物离子主要通过对某些金属原子或晶面进行氧化蚀刻，以减慢晶体生长过程中的附加成核过程。例如，有研究者表面I-离子可以选择性地牢固结合在Au(111)晶面上，从而促进(111)取向的Au纳米棱镜的形成[41]，然而I-离子却会将Ag选择性沉积到纳米板种子上，从而促进垂直生长而不是横向生长，从而显着影响2D形态[42]。1.2.1.3其他自下而上方法除以上两种主要合成方法外，研究者们开发出其他各类自下而上法，如二维模板限域生长[43]、多元醇法[44]、种子生长法[45]、光化学合成法[46]、水热和溶剂热法[47]、晶相转化法[48]、生物合成法[49]、纳米颗粒自组装[50]等一系列方法。这些方法通过改变表面自由能、化学生长环境、自身组分结构等条件引导或改变金属纳米结构的生长方向，实现自支撑二维结构的组建。1.2.2自上而下法1.2.2.1剥离法尽管大多数金属材料是非层状结构，但极少数金属具有同素异形体，且其同层结构在环境条件下稳定[51]。对锑(Sb)金属而言，Sb金属的的灰色同素异形体其晶体构型为扭曲的密排六方结构(hcp结构)，形成独特的类层状排布，层内原子间距比相邻层之间的原子间距短10-20％。根据该特性，Yang等人将灰色Sb同素异形体分散在含有氢氧化钠的异丙醇溶液中，然后在自然环境下进行超声处理，成功使用液相剥离法制备出厚度约为3.0-4.3nm的Sb金属纳米片[52]。同时，二维金属纳米结构还可以衍生自可被剥离的二维金属化合物。例如Matsumoto等人证明从层状氧化铂上剥落的铂氧化物单层可以制备单层铂纳米片[53]；Fukuda等
廉价金属Al、Sn纳米片制备工艺、表征及应用探索8图1.3(a)热压法示意图[62]；(b)液相剥离法示意图[52]；(c)辊轧法示意图[63]1.3二维金属纳米材料的性质与应用二维金属材料由于其高度暴露的金属原子表面，表现出不同寻常的表面特性，如高电子迁移率、量子霍尔效应、表面等离激元特性等，在表面增强拉曼、光学传感、生物成像、肿瘤光热治疗、光(电)催化、储能等领域具有重要的研究价值[65,66]。1.3.1二维金属纳米材料的性质1.3.1.1稳定性尽管大量的研究者通过控制生长动力学成功地制备了各种二维金属纳米结构，然而在表征过程中二维金属纳米结构的稳定性问题对其在实际应用中的影响不可忽视。从热力学角度来看，由于二维结构具备高表面能且不饱和表面原子的比例很高，因此2D形态不是金属材料的最稳定状态。从理论上讲，如果有足够的能量(如环境热量、高能电子、氧化剂或其他刺激性化学物质的化学侵蚀)，所有的金属纳米结构都倾向于转变为各向同性的形状，以最大程度地降低表面体积比[22]。例如，Huang等人发现与氧化石墨烯(GO)表面上合成的超薄Au纳米片在
【参考文献】：
期刊论文
[1]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu. Nano-Micro Letters. 2014(04)
本文编号：3548518
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