电化学阻抗谱在复合材料结构和性能研究中的应用

摘要

电化学阻抗谱是一种准稳态的测试方法，与其他常规的电化学方法相比它能够得到更多的动力学信息及界面结构的信息，因而被广泛应用在材料研究方面。复合材料是由经过选择的、含有一定数量比的两种或两种以上的组分，通过人工复合组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。复合材料的结构与性能之间密切相关。Cu/LDPE 复合材料和ZnO/WO3纳米复合材料都属于复合材料。其中Cu/LDPE 复合材料属于金属/聚合物复合材料，它是一种新型载铜IUD 材料，能够克服传统Cu-IUD的一些缺点。ZnO/WO3纳米复合材料属于纳米功能复合材料，在光催化材料中应用较广。
　　 为了研究Cu/LDPE 复合材料中的界面性能与复合材料中铜离子的释放性能之间的关系，对Cu/LDPE 复合材料进行了电化学阻抗谱测试和释放性能的测试，并提出了纯LDPE 材料的微结构特征模型和Cu/LDPE 复合材料在不同阶段的微结构特征模型及相应的等效电路模型。对Cu/LDPE 复合材料的电化学阻抗谱和铜离子释放性能的研究结果表明，随着铜含量的增加，复合材料中聚乙烯与溶液之间的界面增加，界面电阻Rint 随之增大，界面电容Cint 随之减小，铜离子的释放速率也增大。相同铜含量的微米复合材料和纳米复合材料相比，微米复合材料中溶液与聚乙烯之间的界面电阻Rint 较大，界面电容而Cint 较小。当复合材料中铜含量较高时，微米复合材料的铜离子的释放速率大于纳米复合材料的铜离子的释放速率。铜含量为25wt.％的纳米复合材料浸泡在溶液A (纯水)、溶液B (含氯正盐)、溶液C (溶液B基础上添加NaHCO 3)、溶液D(溶液C基础上添加NaH2PO4)、溶液E (溶液D基础上添加葡萄糖葡萄糖)中，LDPE和溶液之间的界面电阻的变化为Rint(A)[Rint(B)、Rint(C)、Rint(D)]Cint(E)，扩散阻抗的变化为Zw(B)　　 实验结果表明：ZnO/WO3 复合材料在WO3 含量为40-50 wt.％时的光电催化性能最好，对光的响应最小。XRD和高分辨透射电镜的结果表明ZnO/WO3 复合材料中生成了ZnWO4，形成了ZnO/ZnWO4/WO3 双异质结。双异质结的存在影响着材料的光电催化性能和对光的响应。结合ZnO/ZnWO4/WO3 复合材料的结构，给出了纯ZnO、ZnO/ZnWO4/WO3 复合材料和纯WO3的等效电路图。由电化学阻抗谱拟合得到的数据可知，复合材料中颗粒与溶液之间的界面电阻(Rint-1)和界面电容(Cint-1)以及颗粒和颗粒之间的界面电阻(Rint-2)和界面电容(Cint-2)与复合材料中颗粒的含量、异质结的多少有关。利用电化学阻抗谱和紫外可见漫反射吸收光谱获得了ZnO/ZnWO4/WO3 复合材料的能带结构。结果表明WO3 含量为50 wt.％时的ZnO/WO3 复合材料的价带位置最正，这使WO3 含量为50 wt.％时的ZnO/WO3 复合材料中有较多的具有强氧化能力的空穴和羟基自由基产生，使目标物质甲基橙能最大程度地有效降解，WO3 含量为50wt.％时的ZnO/WO3 复合材料具有较高的催化能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

2 电化学阻抗谱在Cu/LDPE 复合材料中的应用

3 电化学阻抗谱在ZnO/WO3 复合材料中的应用

4 全文总结

致 谢

参考文献

附录