有機-無機納米復合薄膜的制備及性質研究.pdf

1、將高分子和各種功能的無機納米粒子通過超分子化學進行組裝，制備厚度可控、有序性高、穩(wěn)定性好的有機/無機納米復合薄膜，是當今材料科學的研究熱點。有機/無機納米復合薄膜在光電器件、太陽能電池、傳感器、分離膜、催化等方面具有潛在的應用前景。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通過原位合成Ag納米粒子和事先制備硅鎢酸(TSA)-Ag復合納米粒子，組裝了聚乙烯亞胺(P

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

3、的納米復合膜進行了組分、結構和性能表征。 本論文的主要內容如下： 1．首次利用α-維生素E作為成膜物質，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等溫線表明，隨著反應時間的延長，VE分子的平均單分子占有面積逐漸增大，說明越來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，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、隨反應時間的增加，排列從分散轉變?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理，VE被氧化時，分子中的二氫吡喃環(huán)被打開，生成了醌式結構。 2．將聚乙烯亞胺-銀離子溶液和磷鎢酸溶液通過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既作為成膜物質，又作為還原劑

5、和光催化劑，使聚電解質膜納米反應器中的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)的增加呈線性增長，多層膜是均勻組裝的。PEI-Ag/PTA多層膜對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

6、合納米粒子，將正電荷的殼聚糖與硅鎢酸-Ag復合納米粒子溶液通過靜電作用交替沉積在基底上組裝復合多層膜。TSA-Ag復合納米粒子在膜上的覆蓋率隨組裝層數(shù)和沉積時間的增加而增加，且以垂直薄膜表面的方向生長。聚電解質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。CV結果表明多層膜對氧還原有較好的電催化活性。 4．采用層層靜電自組裝構筑聚丙烯酸鈉(PAAS)/TiO<,2>復合薄膜，并使用新型染料敏化TiO<,2>納米晶

7、膜，進而組裝染料敏化的太陽能電池。所制備電極呈納米多孔，電池的能量轉換效率為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能電池效率提高的一個因素，同時發(fā)現(xiàn)薄膜對亞甲基藍有光催化降解作用。在TiO<,2>多孔膜的納米孔里形成PbS納米粒子，制各TiO<,2>/PbS復合半導體納米多孔膜電極，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