Cu@贵金属的核-壳纳米结构合成及稳定性研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)



一、纳米铜的应用背景


铜是一种丰富而廉价的金属。普通的铜金属材料延展性好,导热性和导电性高,常用在电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。当铜颗粒的尺寸为纳米级时,其性能更加优越。


纳米铜是紫褐色或紫黑色的粉末,纳米铜中的铜原子和普通铜中的铜原子相同,但是纳米铜颗粒很小,呈现的化学性质较普通铜更为活泼[1][2],故一般存放在惰性气体或有机溶剂中[3]。纳米铜由于具有比表面大、表面活性中心数目多、颗粒极细且软、具有高自扩散系数等优点,使其在透明导电电极、透明导电薄膜、传感器、生物医药、催化剂、等方面具有重要应用。


1.利用其等离子共振活性可取代金、银应用于表面增强拉曼光谱仪、荧光、抗肿瘤光热疗法、生物传感器、图像、催化剂等多个领域。缺点:但由于纳米铜在可见光区直到波长小于580nm范围内等离子共振激发与带间跃迁重叠,导致它的共振吸收较弱。通过对铜纳米晶的形貌进行控制,使形貌和尺寸均匀,或者通过铜的取向生长,使其共振峰移至红外光区来避免与带间跃迁重叠,能提高其共振强度。


2.催化剂:纳米铜比表面大、表面活性中心数目多,因此,它作为催化剂有着极高的活性和选择性,是一种重要的工业催化剂原材料[1],可以催化诸如反应:CO的氧化、n-硝基酚的还原等[2]。纳米铜立方主要的暴露晶面为{100}面,晶体的表面能通常与其暴露晶面有关,且表面能C{110}gt;C{100}gt;C{111},高能晶面具有更高的反应活性,大多数催化反应均与催化剂的表面结构有密切关系[2][5],纳米铜的{100}面具有最佳催化活性。


3. 透明导电电极或薄膜:纳米铜因其导电性好,由铜纳米线制备的薄膜透波率高,可制备成透明导电材料取代ITO膜用于电子工业[3]


以上纳米铜的这些性质主要取决于它的尺寸、形貌、组成、晶型和结构,只要能够改变其中一个物理特性,就可以改变纳米铜的性质,因此制备合成纳米铜时一定要严格控制其形貌特征与尺寸。合成纳米铜时,由于与金银相比,铜粒径小,表面原子数所占比例大,比表面积大,表面光滑程度差,形成凹凸不平的原子台阶,增加了化学反应的接触面,使其反应活性高,极易被氧化,且存在稳定性和分散性较差等问题,故铜的形貌控制不如金银成熟。


二、Cu@贵金属的核-壳纳米结构的制备方法


目前,有少量的报道在铜的纳米晶表面再镀一薄层金属金以增加铜的稳定性有少量的报道, Ian E. Stewart等在铜纳米线上镀上一层14nm厚的金,其抗氧化能力得以提高。但从其SEM及EDS-TEM图像可看出,镀层使原来光滑的铜纳米线变得非常粗糙,说明镀层是极不均匀的,而镀层抗氧化能力与镀层的均匀性密切相关。腐蚀往往最易从镀层薄弱的地方开始,发生点蚀甚至坑蚀,因为铜比金更活泼,一旦点蚀发生,由于电化学的作用其腐蚀的速率比没镀金时更快。Peidong Yang课题组在有机溶液中在铜纳米线表面镀一薄层1-2nm的金,虽然镀层非常均匀,但由于采用的有机溶剂,不利于环境的保护,而且对于在水相中合成的纳米铜也是不合适的。

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