论文部分内容阅读
本文利用阳极氧化的方法制备了多孔阳极氧化铝(AAO)，利用制备的AAO为模板经交流电沉积制备了铜纳米线，并利用AAO/铜纳米线为复合催化基板催化生长了纳米碳纤维等纳米碳材料。主要实验内容如下：（1）在AAO模板的制备实验中，通过控制实验条件（包括氧化电压、氧化时间、氧化模式、搅拌及电解液浓度），制备了不同形貌的AAO模板，利用扫描电子显微镜（SEM）对AAO模板的形貌进行了分析，结果表明，实验条件对AAO模板孔尺寸、孔形貌以及孔的分布有重要影响。（2）利用所制备的AAO模板经磷酸扩孔后，在交流电条件下电沉积制备了铜纳米线。利用SEM、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）以及X射线衍射仪（XRD）等分析测试方法对纳米线的形貌，晶体结构等进行了表征分析，结果表明所制备的铜纳米线的直径在60-80nm左右，长度为1-2um。在部分去除AAO模板时，铜纳米线呈现阵列状分布，纳米线直径与AAO孔径基本相当。TEM、SEM照片显示，所制备的铜纳米线微观结构为竹节状，纳米线周期性地出现节点，许多微小的铜纳米节相连组成一根铜纳米线。研究发现铜纳米线的这种结构是由于交流电沉积的特殊性决定的。XRD谱图表明，铜纳米线在沉积时是取向生长的，其生长方向为与Cu（111）晶面垂直的Cu[111]晶向。（3）直接使用制备的铜纳米线/AAO模板为催化剂，化学气相沉积得到了纳米碳纤维薄膜，利用SEM对纳米碳纤维薄膜的形貌进行了分析，并对其生长机理进行了探讨。结果表明，碳纤维形貌为螺旋型及直线型。AAO模板孔洞对纳米碳纤维生长的限域作用是碳纤维薄膜制备的关键，在此基础上我们提出了生长机理图。（4）将铜纳米线/AAO复合基板在1M氢氧化钠溶液中腐蚀5min后迅速取出，用去离子水反复冲洗，直到观察到表面变红色。以此为催化剂经化学气相沉积制备得到了纳米碳纤维阵列。SEM照片显示所有纤维均匀直立生长呈现阵列状分布。距离相近的几根纤维端部互相吸引缠绕形成纤维束。各个纤维束之间距离比较大且独立生长。在此基础上我们建立了纳米碳纤维阵列的生长机理示意图，提出了纳米碳纤维阵列生长的关键因素为纤维之间的相互作用力。（5）本节实验我们利用一维的铜纳米线来制备二维的碳纳米片。实验前将模板放入1M氢氧化钠溶液中腐蚀10min，使铜纳米线从模板中暴露出来，以此为催化剂经化学气相沉积制备了碳纳米材料，包括碳纳米片及纳米碳纤维。SEM表征结果说明，碳纳米片在生长后期会出现分枝现象，一片碳纳米片会在对称点附近分化生长出多根的纳米碳纤维，两片对称生长的碳纳米片所分化生长的纳米碳纤维的数量是相同的，所分化的纤维也是对称生长，在其节点处我们观察到了催化剂纳米粒子。在此基础上我们提出了生长模型，研究发现，铜纳米片催化制备碳纳米片的反应遵循表面催化的反应机制，此外，铜纳米线的竹节状结构在碳纳米片层分化阶段起到了重要作用。