不同形貌和粒度納米銅的制備及其熔化和電化學性質(zhì)的研究.pdf

1、納米材料的熔化和電化學性質(zhì)均與相應的塊狀物質(zhì)存在顯著的差異，這種差異取決于納米顆粒的粒度和形貌。然而，關(guān)于粒度和形貌對納米顆粒熔化熱力學性質(zhì)影響的研究還不完善，形貌對納米顆粒電極電化學性質(zhì)的影響還不完全清楚，而在納米材料的研究、制備和應用過程中，經(jīng)常涉及到納米顆粒的熔化和電化學性質(zhì)，因此，本論文通過對納米顆粒熔化和電化學進行理論和實驗研究，來進一步闡明粒度和形貌對納米顆粒熔化、電化學的影響規(guī)律和影響機理。
　　在納米熔化熱力學方面

2、，根據(jù)表面預熔化模型，導出了四種形貌納米顆粒的熔化溫度與粒度的熱力學關(guān)系式，討論了形貌和粒度對納米顆粒熔化的影響規(guī)律；其次，選擇納米銅顆粒的熔化和電化學性質(zhì)作為研究體系，分別采用微波輻照法、水熱法、液相還原法制備出球形納米銅、八棱柱形納米銅、銅納米線和立方形納米銅，并使用X射線衍射儀（XRD）和電子掃描顯微鏡（SEM）對樣品的顆粒的粒徑和形貌進行了表征；然后采用差示掃描量熱儀（DSC）測定了不同形貌和粒度納米銅的熔化曲線，進而得到了納米

3、銅的熔化的初始溫度（To）以及相變速率最大處的溫度（TM）、熔化焓（△lsHm）和熔化熵（△lsSm），探討了粒度和形貌對其相變熱力學性質(zhì)的影響規(guī)律，并與相應的理論進行了比較。
　　納米電化學方面，在納米體系反應熱力學的基礎(chǔ)上，通過引入形狀參數(shù)，首次推導出不同形貌納米銅電極的電極電勢、溫度系數(shù)以及電極反應熱力學函數(shù)與其粒徑的關(guān)系，并討論了形貌和粒度對納米顆粒電極反應熱力學的影響規(guī)律；通過測定不同溫度下納米銅電極的電極電勢，進而得到

4、了不同形貌和粒徑的納米銅電極的標準電極電勢(Eo)、電極反應的溫度系數(shù)、平衡常數(shù)、納米銅電極的摩爾反應吉布斯自由能、摩爾電極反應熵、摩爾反應焓以及可逆反應熱（Qr），討論了形貌和粒度對納米銅電極電極反應熱力學的影響，并與相應的理論進行了比較；根據(jù)不同形貌和粒度納米銅電極循環(huán)伏安曲線的測定結(jié)果，討論了其電極過程機理，以及粒度和形貌對納米銅電極反應動力學的影響規(guī)律。
　　結(jié)果表明：
　　（1）采用微波輻照法制備球形納米銅的過程中

5、，CuCl2溶液的濃度、預置溫度、原料配比以及反應時間均對其粒度有影響，其中預置溫度是主要影響因素；制備八棱柱形納米銅時，十八胺ODA的用量、反應溫度、反應時間均對其形貌和粒徑有顯著影響；通過調(diào)整十六胺HDA的用量，可以制備銅納米線和立方形納米銅。
　　（2）粒度和形貌對納米銅的熔化熱力學性質(zhì)均有顯著影響；隨著粒徑的減小，其熔化溫度、熔化焓和熵均隨之減小，并且分別與粒徑的倒數(shù)呈線性關(guān)系；納米銅熔化熱力學性質(zhì)的形貌影響規(guī)律為：同一等

6、效直徑下，球形納米銅的熔化熱力學函數(shù)大于八棱柱形和立方形納米銅的熱力學函數(shù)。這些影響規(guī)律與理論一致。
　?。?）粒度和形貌對納米銅電極的電極反應熱力學均有顯著影響；隨著納米銅粒徑的減小，Eo和 oln K減小，并且Eo以及 oln K與納米銅粒徑的倒數(shù)均呈線性關(guān)系；形貌對納米銅電極反應熱力學的影響規(guī)律為：同一等效直徑下， Eo(球形)>Eo(線)>Eo(八棱柱形)，銅納米線電極的反應熱力學函數(shù)最小，其次是球形納米銅電極的，八棱柱形

7、和立方形納米銅電極的反應熱力學函數(shù)較大。這些影響規(guī)律與理論一致。
　?。?）粒度和形貌對納米銅電極的電極反應動力學有顯著影響；隨著粒度的減小，峰電壓發(fā)生負偏移，且電極過程峰電壓值和納米銅的粒徑的倒數(shù)呈線性關(guān)系；峰電流值隨粒徑的減小而增大，并且電極過程峰電流值和納米銅的粒徑的倒數(shù)呈線性關(guān)系；電極反應為準可逆體系，且在所測粒徑范圍內(nèi)，隨著粒徑的減小，其電極反應可逆性變差；形貌對納米銅電極反應動力學的影響規(guī)律為：所測粒徑范圍內(nèi)，球形納米