纳米银/聚苯胺复合材料的制备与性能研究

摘要

纳米银作为一种常见的贵金属纳米材料，具有良好的导电性能、光吸收性能、催化性能、和抗菌性能。纳米银的这些特殊性能取决于其结构形貌和颗粒尺寸，因而，研究不同形貌、尺寸纳米银颗粒的制备具有重大意义。作为一种典型的导电高分子材料，聚苯胺具有工艺过程简单、原料成本低、导电性能好、化学稳定性好和电化学活性可逆等优点。银/聚苯胺纳米核壳结构复合粒子同时具备这两种材料的优异性能，使其性能互补，在催化剂和抗菌材料等领域具有广阔的应用前景。
　　本论文主要研究不同形貌、尺寸的纳米银颗粒的制备;导电聚合物在纳米银颗粒表面聚合制备银/聚苯胺纳米复合材料;并用TEM、SEM、XRD、UV-VIS和FI-IR来表征产物的结构、形貌、尺寸、和成分;探讨反应工艺对产物形貌、尺寸的影响，探索复合材料的催化性能。主要研究内容如下:
　　1)以聚乙二醇为分散剂，乙醇为还原剂，将硝酸银还原获得分散性优秀的纳米银颗粒，颗粒的粒径分布在3～5nm。聚乙二醇作为分散剂，在反应过程中起到很好的分散和保护作用，阻止了纳米银粒子的团聚。研究不同的反应条件对纳米银颗粒尺寸的影响，结果发现:增加聚乙二醇的浓度、硝酸银浓度可以获得尺寸更小、浓度更大的纳米银粒子;增加反应时间,纳米银粒子的尺寸增大;该方法制备纳米银的最佳反应温度是30℃。
　　2)以苯胺和乙醇共同作为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂，无需持续加热、搅拌等辅助条件，在室温下还原硝酸银制备具有三角形结构的纳米银片和不规则多面体结构的纳米银颗粒。三角银片的边长在400～500nm，纳米银颗粒的尺寸在80～90nm。只有在苯胺和乙醇同时作为还原剂时才能获得形状完整的三角形结构的纳米银片。研究反应条件对产物形貌和尺寸的影响，结果发现:增加苯胺和硝酸银的浓度使三角银片和多面体银颗粒的尺寸增大;增加PVP的浓度可以提高三角银片和纳米银颗粒的分散性。
　　3)以苯胺为还原剂、硝酸银为氧化剂，采用水热法一步合成了以纳米银粒子为内核、聚苯胺为壳层的核壳结构银/聚苯胺纳米复合粒子。银/聚苯胺纳米复合粒子的尺寸分布在70～80nm，其中银内核的尺寸分布在40～50nm。增加苯胺单体的浓度，聚苯胺壳层的厚度增加;增加硝酸银的浓度，纳米银粒子内核的粒径尺寸增大;增加SDBS的浓度，纳米银粒子内核的粒径尺寸减小;随着反应时间的增加，聚苯胺包覆层趋于完整，聚苯胺壳层的厚度增加。
　　4)核壳型银/聚苯胺纳米复合材料对硝基苯具有很好的催化降解能力;聚苯胺壳层对硝基苯起到富集作用，使硝基苯聚集在纳米银粒子表面。聚苯胺壳层越厚，富集作用越明显，即时催化降解速率越快。