Ag@C纳米电缆及其复合材料的合成与性质研究

摘要

最近几年，纳米材料尤其是一维结构纳米材料，比如纳米棒、纳米管、纳米线等，由于其独特的形貌，特殊尺寸性质和光电性质以及在催化中诱人的应用前景，而成为一个研究热点。一维纳米材料重要的理论意义和潜在的广泛应用前景使其成为物理、化学、材料等诸多学科领域的研究前沿。发展制备一维纳米材料的新方法，开拓新的体系是一个十分重要的研究课题。通过简单的合成方法，可控合成一维结构纳米材料一直是研究的热点。水热法是一种基于溶液的化学合成方法，是一种有效而方便的合成纳米材料途径。此方法高效方便，不需要惰性氛围和昂贵的设备。已经被广泛的用来合成一维结构纳米材料，沸石和陶瓷材料等。这是控制粒子大小，尺寸分布和材料形貌的最有前途的方法之一。
　　 本文旨在用一种温和的水热法反应制备Ag@C纳米电缆，优化实验条件，探讨其形成机理，并制备了Ag@C/CeO2的复合光催化剂，近年来，随着世界范围内环境问题的日益严重，半导体多相光催化反应在环境保保护中的应用己引起了广泛的重视。详细内容归纳如下：
　　 一、我们通过硫酸的辅助作用和温和的水热法生长一种以银线为核、碳层为壳的Ag@C纳米电缆，实验中不需要加入任何的表面活性剂。在实验中我们系统的研究了温度和硫酸的浓度对实验的影响，并探讨出制备超长、高产的Ag@C纳米电缆的最佳条件并提出了合成Ag@C纳米电缆可能的形成机理。在水热试验中，丙三醇可以作为还原剂和碳源，而硫酸不仅可以帮助丙三醇碳化并且可以辅助银线的生长。并通过XRD，扫描显微镜，透射显微镜和高倍透射显微镜，热重，红外，紫外和磁分析对样品的形貌和结构以及性能进行表征，测试发现在室温下Ag@C纳米电缆具有较好的铁磁性能。这种绿色，不加表面活性剂可用于未来合成并功能化碳纳米材料
　　 二、用乙二醇代替丙三醇同样用水热合成法合成以银线为核碳层为壳的Ag@C纳米电缆，详细考察了水热反应过程中温度对产物形貌的影响，探讨其形成的机理。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外一可见光光谱仪、拉曼光谱等手段对一维Ag@C纳米电缆进行了表征和分析。XRD测试结果表明所得到的产物是面心立方相结构的银。SEM和TEM测试结果表明，所得的一维Ag@C纳米电缆长度在几十微米，直径在90nm左右，产品为单晶。UV-VIS研究表明一维Ag@C纳米电缆的强吸收发生在405nm处。乙二醇作为还原剂，制备的一维Ag@C纳米电缆形貌完整，均一性最好。
　　 三、稀土氧化物具有多晶型，强吸附性与稳定性等特点，并且在我国具有较大的储存量，CeO2作为n型半导体，其光吸收阈值约为420nm，高于目前最常用的半导体材料TiO2的同时，其晶格O2-离子较易缺失，导致CeO2晶体中的电子浓度较高，使其受到光激发时具有较快的界面电子传递反应，加上其优异的吸附氧与释放氧性能大大降低了光生电子和空穴易复合几率，使其可能具有良好的光催化性能本章以稀土盐Ce(NO3)3·6H2O为原料，用水热法制备了Ag@C/CeO2复合化合物，并在亚甲基蓝溶液中进行光催化降解实验证明Ag@C/CeO2复合催化剂，发现与纯的CeO2相比，Ag@C/CeO2具有较好的光催化活性，是一种有可能在高浓度有机废水处理中得到的新型、高效、廉价的催化剂。