有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合薄膜的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、將高分子和各種功能的無(wú)機(jī)納米粒子通過(guò)超分子化學(xué)進(jìn)行組裝，制備厚度可控、有序性高、穩(wěn)定性好的有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合薄膜，是當(dāng)今材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合薄膜在光電器件、太陽(yáng)能電池、傳感器、分離膜、催化等方面具有潛在的應(yīng)用前景。本論文利用維生素E(VE)單分子膜原位制備了銀、金納米粒子，進(jìn)而組裝了含銀、金納米粒子的LB膜；利用層層靜電自組裝技術(shù)通過(guò)原位合成Ag納米粒子和事先制備硅鎢酸(TSA)-Ag復(fù)合納米粒子，組裝了聚乙烯亞胺(P

2、EI)-銀/磷鎢酸(PTA)、殼聚糖(CTS)/硅鎢酸-Ag納米復(fù)合薄膜，采用層層靜電自組裝和涂敷法制備了TiO<,2>納米復(fù)合薄膜，探討了染料敏化TiO<,2>納米多孔膜電極的光電化學(xué)性質(zhì)。采用透射電子顯微鏡(TEM)、紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-vis)光譜、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、原子力顯微鏡(AFM)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、表面輪廓儀和循環(huán)伏安法(CV)對(duì)所制備

3、的納米復(fù)合膜進(jìn)行了組分、結(jié)構(gòu)和性能表征。 本論文的主要內(nèi)容如下： 1．首次利用α-維生素E作為成膜物質(zhì)，分別在堿性和酸性條件下一步還原Ag<,2>SO<,4>和HAuCl<,4>，生成Ag、Au納米粒子。單分子膜的π-A等溫線(xiàn)表明，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，VE分子的平均單分子占有面積逐漸增大，說(shuō)明越來(lái)越多的納米銀和金顆粒鑲嵌到單分子膜中。在膜壓為20mN/m時(shí)，單分子膜上生成粒徑大小為3-14nm的橢球和球形的Ag納米粒子，

4、隨反應(yīng)時(shí)間的增加，排列從分散轉(zhuǎn)變?yōu)榫o密；生成的Au納米粒子的形貌有球形、多孿晶的二十面體及三角形；電子衍射結(jié)果表明生成的納米Ag為立方面心晶格，三角形的Au粒子為單晶。在氣液界面上獲得了不同尺寸和形貌的銀和金粒子。探討了納米薄膜的形成機(jī)理，VE被氧化時(shí)，分子中的二氫吡喃環(huán)被打開(kāi)，生成了醌式結(jié)構(gòu)。 2．將聚乙烯亞胺-銀離子溶液和磷鎢酸溶液通過(guò)靜電作用交替沉積在基底上，利用磷鎢酸在紫外燈照射下生成的雜多藍(lán)既作為成膜物質(zhì)，又作為還原劑

5、和光催化劑，使聚電解質(zhì)膜納米反應(yīng)器中的Ag<'+>原位還原成Ag納米粒子，制備了含有Ag納米粒子的{PEI-Ag/PTA}n多層膜。在膜中得到的球形Ag納米粒子粒徑約為4-7nm，單分散性好。膜表面有一定的粗糙度，膜的吸光度隨著膜層數(shù)的增加呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，多層膜是均勻組裝的。PEI-Ag/PTA多層膜對(duì)尿酸和多巴胺氧化具有較好的電催化活性，有望用于電化學(xué)傳感器。 3．利用硅鎢酸溶液在紫外光照射下還原AgNO<,3>制備TSA-Ag復(fù)

6、合納米粒子，將正電荷的殼聚糖與硅鎢酸-Ag復(fù)合納米粒子溶液通過(guò)靜電作用交替沉積在基底上組裝復(fù)合多層膜。TSA-Ag復(fù)合納米粒子在膜上的覆蓋率隨組裝層數(shù)和沉積時(shí)間的增加而增加，且以垂直薄膜表面的方向生長(zhǎng)。聚電解質(zhì)和納米粒子層之間存在一定的互穿，膜的形成是層層均一和逐層生長(zhǎng)。CV結(jié)果表明多層膜對(duì)氧還原有較好的電催化活性。 4．采用層層靜電自組裝構(gòu)筑聚丙烯酸鈉(PAAS)/TiO<,2>復(fù)合薄膜，并使用新型染料敏化TiO<,2>納米晶

7、膜，進(jìn)而組裝染料敏化的太陽(yáng)能電池。所制備電極呈納米多孔，電池的能量轉(zhuǎn)換效率為1.29％，殘留在TiO<,2>納米多層膜中的PAAs組分是影響染料敏化的太陽(yáng)能電池效率提高的一個(gè)因素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)薄膜對(duì)亞甲基藍(lán)有光催化降解作用。在TiO<,2>多孔膜的納米孔里形成PbS納米粒子，制各TiO<,2>/PbS復(fù)合半導(dǎo)體納米多孔膜電極，并用染料順二硫氰根-雙(2，2’-聯(lián)吡啶-4，4’-二羧酸)合釕(Ⅱ)(Ru(bpy)<,2>(NCS)<,2>)進(jìn)