模板法制備銅納米線及其催化生長納米碳纖維的研究.pdf

1、本文利用陽極氧化的方法制備了多孔陽極氧化鋁(AAO)，利用制備的AAO為模板經(jīng)交流電沉積制備了銅納米線，并利用AAO/銅納米線為復(fù)合催化基板催化生長了納米碳纖維等納米碳材料。主要實驗內(nèi)容如下:
　　(1)在AAO模板的制備實驗中，通過控制實驗條件（包括氧化電壓、氧化時間、氧化模式、攪拌及電解液濃度），制備了不同形貌的AAO模板，利用掃描電子顯微鏡(SEM)對AAO模板的形貌進行了分析，結(jié)果表明，實驗條件對AAO模板孔尺寸、孔形貌以

2、及孔的分布有重要影響。
　　(2)利用所制備的AAO模板經(jīng)磷酸擴孔后，在交流電條件下電沉積制備了銅納米線。利用SEM、透射電子顯微鏡(TEM)、能譜儀(EDS)以及X射線衍射儀(XRD)等分析測試方法對納米線的形貌，晶體結(jié)構(gòu)等進行了表征分析，結(jié)果表明所制備的銅納米線的直徑在60-80nm左右，長度為1-2um。在部分去除AAO模板時，銅納米線呈現(xiàn)陣列狀分布，納米線直徑與AAO孔徑基本相當(dāng)。TEM、SEM照片顯示，所制備的銅納米線微

3、觀結(jié)構(gòu)為竹節(jié)狀，納米線周期性地出現(xiàn)節(jié)點，許多微小的銅納米節(jié)相連組成一根銅納米線。研究發(fā)現(xiàn)銅納米線的這種結(jié)構(gòu)是由于交流電沉積的特殊性決定的。XRD譜圖表明，銅納米線在沉積時是取向生長的，其生長方向為與Cu(111)晶面垂直的Cu[111]晶向。
　　(3)直接使用制備的銅納米線/AAO模板為催化劑，化學(xué)氣相沉積得到了納米碳纖維薄膜，利用SEM對納米碳纖維薄膜的形貌進行了分析，并對其生長機理進行了探討。結(jié)果表明，碳纖維形貌為螺旋型及直

4、線型。AAO模板孔洞對納米碳纖維生長的限域作用是碳纖維薄膜制備的關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上我們提出了生長機理圖。
　　(4)將銅納米線/AAO復(fù)合基板在1M氫氧化鈉溶液中腐蝕5min后迅速取出，用去離子水反復(fù)沖洗，直到觀察到表面變紅色。以此為催化劑經(jīng)化學(xué)氣相沉積制備得到了納米碳纖維陣列。SEM照片顯示所有纖維均勻直立生長呈現(xiàn)陣列狀分布。距離相近的幾根纖維端部互相吸引纏繞形成纖維束。各個纖維束之間距離比較大且獨立生長。在此基礎(chǔ)上我們建立了納米

5、碳纖維陣列的生長機理示意圖，提出了納米碳纖維陣列生長的關(guān)鍵因素為纖維之間的相互作用力。
　　(5)本節(jié)實驗我們利用一維的銅納米線來制備二維的碳納米片。實驗前將模板放入1M氫氧化鈉溶液中腐蝕10min，使銅納米線從模板中暴露出來，以此為催化劑經(jīng)化學(xué)氣相沉積制備了碳納米材料，包括碳納米片及納米碳纖維。SEM表征結(jié)果說明，碳納米片在生長后期會出現(xiàn)分枝現(xiàn)象，一片碳納米片會在對稱點附近分化生長出多根的納米碳纖維，兩片對稱生長的碳納米片所分化