不同形貌和粒度纳米铜的制备及其熔化和电化学性质的研究

发布时间：2018-11-12 14:55

【摘要】：纳米材料的熔化和电化学性质均与相应的块状物质存在显著的差异,这种差异取决于纳米颗粒的粒度和形貌。然而,关于粒度和形貌对纳米颗粒熔化热力学性质影响的研究还不完善,形貌对纳米颗粒电极电化学性质的影响还不完全清楚,而在纳米材料的研究、制备和应用过程中,经常涉及到纳米颗粒的熔化和电化学性质,因此,本论文通过对纳米颗粒熔化和电化学进行理论和实验研究,来进一步阐明粒度和形貌对纳米颗粒熔化、电化学的影响规律和影响机理。在纳米熔化热力学方面,根据表面预熔化模型,导出了四种形貌纳米颗粒的熔化温度与粒度的热力学关系式,讨论了形貌和粒度对纳米颗粒熔化的影响规律;其次,选择纳米铜颗粒的熔化和电化学性质作为研究体系,分别采用微波辐照法、水热法、液相还原法制备出球形纳米铜、八棱柱形纳米铜、铜纳米线和立方形纳米铜,并使用X射线衍射仪(XRD)和电子扫描显微镜(SEM)对样品的颗粒的粒径和形貌进行了表征;然后采用差示扫描量热仪(DSC)测定了不同形貌和粒度纳米铜的熔化曲线,进而得到了纳米铜的熔化的初始温度(To)以及相变速率最大处的温度(TM)、熔化焓(△slHm)和熔化熵(△slSm),,探讨了粒度和形貌对其相变热力学性质的影响规律,并与相应的理论进行了比较。纳米电化学方面,在纳米体系反应热力学的基础上,通过引入形状参数,首次推导出不同形貌纳米铜电极的电极电势、温度系数以及电极反应热力学函数与其粒径的关系,并讨论了形貌和粒度对纳米颗粒电极反应热力学的影响规律;通过测定不同温度下纳米铜电极的电极电势,进而得到了不同形貌和粒径的纳米铜电极的标准电极电势(Eo)、电极反应的温度系数((?))p、平衡常数(lnKo)、纳米铜电极的摩尔反应吉布斯自由能(△rGmo)、摩尔电极反应熵(△rSmo)、摩尔反应焓(△rHmo)以及可逆反应热(Qr),讨论了形貌和粒度对纳米铜电极电极反应热力学的影响,并与相应的理论进行了比较;根据不同形貌和粒度纳米铜电极循环伏安曲线的测定结果,讨论了其电极过程机理,以及粒度和形貌对纳米铜电极反应动力学的影响规律。结果表明:(1)采用微波辐照法制备球形纳米铜的过程中,CuCl_2溶液的浓度、预置温度、原料配比以及反应时间均对其粒度有影响,其中预置温度是主要影响因素;制备八棱柱形纳米铜时,十八胺ODA的用量、反应温度、反应时间均对其形貌和粒径有显著影响;通过调整十六胺HDA的用量,可以制备铜纳米线和立方形纳米铜。(2)粒度和形貌对纳米铜的熔化热力学性质均有显著影响;随着粒径的减小,其熔化温度、熔化焓和熵均随之减小,并且分别与粒径的倒数呈线性关系;纳米铜熔化热力学性质的形貌影响规律为:同一等效直径下,球形纳米铜的熔化热力学函数大于八棱柱形和立方形纳米铜的热力学函数。这些影响规律与理论一致。(3)粒度和形貌对纳米铜电极的电极反应热力学均有显著影响;随着纳米铜粒径的减小,Eo和lnKo减小,而((?))p、△rGmo、△rSmo和△rHmo均增大,并且Eo、((?))p、△rGmo、△rSmo、△rHmo、以及lnKo与纳米铜粒径的倒数均呈线性关系;形貌对纳米铜电极反应热力学的影响规律为:同一等效直径下,Eo(球形)Eo(线)Eo(八棱柱形),铜纳米线电极的反应热力学函数最小,其次是球形纳米铜电极的,八棱柱形和立方形纳米铜电极的反应热力学函数较大。这些影响规律与理论一致。(4)粒度和形貌对纳米铜电极的电极反应动力学有显著影响;随着粒度的减小,峰电压发生负偏移,且电极过程峰电压值和纳米铜的粒径的倒数呈线性关系;峰电流值随粒径的减小而增大,并且电极过程峰电流值和纳米铜的粒径的倒数呈线性关系;电极反应为准可逆体系,且在所测粒径范围内,随着粒径的减小,其电极反应可逆性变差;形貌对纳米铜电极反应动力学的影响规律为:所测粒径范围内,球形纳米铜电极的可逆性最好,其次是铜纳米线电极,八棱柱形和立方形纳米铜电极的可逆性较差。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O614.121;TB383.1

【相似文献】