银基纳米材料的可控制备及性质研究

发布时间：2018-04-16 20:39

本文选题：银基纳米材料 + 晶体生长机理　；参考：《山东大学》2017年博士论文

【摘要】：在银基纳米材料的制备及性质研究中,深入了解并掌握银纳米材料的生长机理,并根据其机理合理设计实验过程,控制合成具有一定形貌的银基纳米材料是我们探究银基纳米材料机构与性质关系的基础。根据银纳米材料的特性,设计合成银基纳米复合材料,以达到实现材料性质的进一步提高也一直是人们研究的热点。作为贵金属的银,具有超高的表面等离子体特性、导电性高和杀菌消毒能力良好等优点,且价格低廉,相对于其他贵金属而言更有利于工业化应用。本论文采用简单的水热法实现了银纳米片的大量制备,合成了具备不同壳层结构的Ag/MnO_2空心结构,并进一步设计合成了银基等离子体催化剂和三元催化剂,探究了这些复合材料在光、电催化等方面的应用。本论文不仅扩展了人们对银基纳米材料制备和性质的认知,而且对其基础理论的研究和实际工业应用都具有重要的意义。1.尺寸可控的银纳米板的大量制备及其在检测水溶液中强氧化剂方面的应用近些年,人们对具备不同形貌纳米银纳米材料的制备研究已经非常成熟,但要实现其大量制备,使银纳米材料真正的应用到实际生产中,对我们来说仍然是一个非常巨大的挑战。银纳米板的生长为动力学控制过程,前驱体原子的还原或者沉积速率相对较慢才能使原子以六方密堆积的方式排列成核,最终生成纳米片结构。人们通常采用弱的还原剂或者外加刻蚀剂等方法来制备纳米板,但是产率都较低。为了实现纳米板的大量制备,我们通过向水溶液体系中引入沉淀盐(AgCl、AgBr、AgI、Ag_2CO_3、Ag_2SO_3、Ag_2C_2O_4)作为缓蚀剂。加入的AgNO_3能快速与溶液中的沉淀盐离子结合,防止局部Ag+浓度过高的现象发生,实现在高浓度下Ag纳米板的控制合成。此方法制备的纳米板产率高,产量达到6g/L,且制备方法简单易操作,有利于工业化生产。而且,制备的银纳米板可以有效的检测水溶液中的强氧化剂(氧化还原电势高于银),线性好,检测限低,应用前景好。2.具有可控壳层结构的中空Ag/MnO_2材料:设计合成及其高效的ORR催化性质中空材料由于本身具有较大的比表面积和固定的空腔结构等特性,成为人们研究的热点,但是壳层结构不易调控的特点却限制了它的一些特性的应用。虽然近些年已经出现了双壳层、多壳层的纳米材料,但是壳层材料仍然比较单一,多为均一材料构成。在上一章研究的基础上,为了既实现复合材料间的协同作用又能发挥空心材料固有的特性,我们采用简单的水溶液法制备了具备不同壳层结构的中空Ag/MnO_2材料。在KMnO_4氧化Ag纳米晶的同时进行紫外灯光照,得到的中空材料壳层是由Ag和MnO_2均匀分布构成的;而在KMnO_4与Ag纳米晶反应完成后再进行紫外光照,则得到的壳层材料是由内壳层为MnO_2,外壳层为Ag组成。这两种具备不同壳层结构的中空纳米材料在ORR催化方面都表现出明显优于Ag/MnO_2复合材料的催化特性。由Ag和MnO_2均匀在壳层分布构成的中空材料能够有利于二者之间的电子传输,表现出更高的起始电势和更低的电子转移阻抗,充分体现了二者之间的协同作用。3.类球形Ag@AgSCN等离子体光催化剂的简易制备及其优异的土霉素降解性质由于银具有良好的表面等离子体共振特性,将纳米银负载在半导体、金属氧化物上以提高其催化降解活性一直是一个很好的途径。例如Ag/AgX(X=Cl、Br、I)复合材料催化降解染料、抗生素等是一种快速高效且绿色环保的方法,但是卤素银具有在光照条件下容易分解的缺点,因此Ag/AgX(X=Cl、Br、I)催化剂的循环稳定性差。而作为一种类卤素银,AgSCN在光照条件下的性质特别稳定,不易被分解。基于上一章中对银基复合纳米材料的研究,我们通过对生长条件的调控制备了类球形的Ag@AgSCN结构,具有比表面积大,催化活性高,性质特别稳定等优点,是一种非常有前途的催化剂。实验结果表明,Ag负载量达到4.63%的类球形Ag@AgSCN复合材料对土霉素的降解效率为单纯AgSCN 的 4.8 倍。4.促进Ni(OH)_2-Ag-rGO催化剂在OER过程中的电子转移及其增强的OER催化活性Ag优良的传导性使其可以与很多氧化物,氢氧化物复合,提高复合物的电导率,获得更好的电催化表现。基于对银基复合材料的研究,我们构筑了Ni(OH)_2-Ag-rGO复合催化剂。通过Ag与rGO的协同作用,使激发的Ni(OH)_2的电子转移到Ag颗粒上,同时利用rGO优良的储存电子和转移电子的能力,使Ni(Ⅱ)上的电子被转移出去,使Ni(Ⅱ)逐渐向Ni(Ⅲ/Ⅳ)转化,有利于促进Ni(OH)_2催化OH-生成O_2。实验结果表明Ni(OH)_2-Ag-rGO结构在催化OER过程中具有明显优于IrO_2的电流密度和过电势,而且性质明显优于Ni(OH)_2-Ag,Ni(OH)_2-rGO,Ni(OH)_2等镍基催化剂。此外,我们还进一步通过理论计算验证了这种电子传输路径的可行性,说明了这种复合结构设计的合理性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;O643.36

【参考文献】