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花状纳米结构的特殊性质

来源:中国钢铁新闻网|浏览:|评论:0条   [收藏] [评论]

 纳米材料由于具有良好的表面和界面效应、量子尺寸效应及宏观隧道效应,在多个领域引起了广泛关注。纳米材料的组成结构、尺寸和形貌特征等因素对其性质具有显著影响。通过不同工艺的形貌控制…

 纳米材料由于具有良好的表面和界面效应、量子尺寸效应及宏观隧道效应,在多个领域引起了广泛关注。纳米材料的组成结构、尺寸和形貌特征等因素对其性质具有显著影响。通过不同工艺的形貌控制可选择性地合成出四面体、立方体、纳米棒、纳米线、纳米盘以及三棱柱等不同形状的纳米金属粒子,而具有各种特别的花状结构的纳米材料显示出与一般纳米材料不同的优异的物理化学性能,成为新的研究热点。

  贵金属电催化剂Pt及其合金化合物在质子交换膜燃料电池及电解水制氢等领域有广泛的应用,但贵金属Pt的高价格激发了降低燃料电池等装置中Pt用量的研究。调节电催化铂的形貌就是其中最重要的方法。有研究表明:通过电化学沉积及欠电位沉积合成的纳米花结构Pt电催化剂具有高的比表面积和电化学活性面积。在电势为 -0.2~1.5V范围内,纳米花结构Pt催化剂在吸脱附氢电势区域内的电流强度远高于普通Pt纳米球颗粒,而且纳米花结构Pt电催化剂的电化学活性面积高达76.1cm2/mg。例如,铂纳米花的合成提高了葡萄糖中血糖的检测效果,由于其较强的电化学性能,使葡萄糖迅速氧化,电流响应迅速增强,从而使可检测的最低葡萄糖浓度降为2μmol/L。花状铂纳米结构的优良性能使其在燃料电池、生物分析、表面增强拉曼以及催化等领域得到广泛的应用。另外,以葡萄糖为还原剂,以特定的表面活性剂为保护剂,在低温水热的条件下,也可以合成铂纳米花。这种绿色化学制备方法所得的纳米花比较稳定,并具有很好的电催化性能。

  ZnO2在光催化领域有广泛应用。研究表明,具有纳米花结构的ZnO2具有很高的光催化效率。高分辨透射电子显微镜显示,在合成ZnO2纳米花的过程中,能够形成明显的ZnO2-Pt异质结构及Pt(100)晶面,这种ZnO2-Pt异质纳米花结构除了具有与商业TiO2光催化剂相当的光催化效率外,还具有良好的乙基紫罗兰光降解活性。据报道,采用水热法可制备花形纳米氧化锌粉。扫描电镜表明,这种纳米氧化锌粉形貌为短柱状组成的花形,其中短柱状的氧化锌的直径为150~250nm,长度为250~600nm,短柱的顶端为六角柱形。另据报道,采用热液法也可在氧化钛基片上制备氧化锌的花状结构,这种结构在色素增感太阳能电池中的能量转换效率可达1.26%。用热液法制备的氧化铁纳米花状结构还可以应用在锂离子电池中,充当锂离子电池正极材料。此外,氧化锌纳米花在半导体材料、橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料和变压器等诸多方面也得到了应用。

  另据报道,通过可控溶剂热法,利用乙二胺作为模板制备出花形硫化镉(CdS)纳米结构,由于其较大的比表面积,这种结构的光催化性能要远优于其它CdS材料。

 

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