贵金属复合纳米粒子的研究进展
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第29卷第2期化㊀学㊀研㊀究Vol.29㊀No.22018年3月CHEMICAL㊀RESEARCHMar.2018基于多金属氧酸盐和贵金属的纳米复合材料的研究进展湛世霞1,张㊀康2,李春艳1,马晨光1,刘红玲1∗,韩秋霞1∗(1.河南省多酸化学重点实验室,河南大学化学化工学院,河南开封475004;㊀2.河南化工技师学院,河南开封475004)摘㊀要:基于多金属氧酸盐和贵金属纳米粒子的纳米复合材料,既具有多金属氧酸盐(POMs)可调控的多样结构㊁丰富的组成㊁高的电荷密度及可逆的氧化还原性,又具有贵金属纳米材料良好的生物相容性㊁高的光学活性和催化活性等特性,这些性质使基于POMs和贵金属纳米的复合材料能够应用于催化㊁生物医药㊁生物传感等领域.本文作者主要论述近年来基于多金属氧酸盐和贵金属的纳米复合材料的合成㊁性质及应用的研究现状,并对其前景进行展望.关键词:多金属氧酸盐;贵金属;纳米复合材料中图分类号:O612.6文献标志码:A文章编号:1008-1011(2018)02-0125-06ResearchprogressofnanocompositesbasedonpolyoxometallatesandnoblemetalsZHANShixia1 ZHANGKang2 LIChunyan1 MAChenguang1 LIUHongling1∗ HANQiuxia1∗1.HenanKeyLaboratoryofPolyoxometalateChemistry CollegeofChemistryandChemicalEngineering HenanUniversityKaifeng475004 Henan China 2.HenanChemicalTechnicianCollege Kaifeng475004 Henan ChinaAbstract Nanocompositesbasedonpolyoxometallatesandnoblemetalnanoparticlesnotonlypossessesdiversestructure,richcomposition,highchargedensityandreversibleredoxactivityregulatedofpoly⁃oxometalates(POMs),butalsohavegoodbiocompatibility,highopticalactivity,catalyticactivityandotherfeaturesofnoblemetalnanomaterials.ThesepropertiesmakethecompositesbasedonPOMsandnoblemetalnanomaterialssuitableforcatalysis,biomedicine,biosensing,etc.Thesynthesis,proper⁃tiesandapplicationsofthenanocompositesbasedonPOMsandnoblemetalsinrecentyearsaredis⁃cussed,andtheprospectispredictedinthisreview.Keywords:polyoxometalates;noblemetals;nanocomposites收稿日期:2017-12-06.基金项目:河南省高等学校重点科研项目(16A150002).作者简介:湛世霞(1994-),女,硕士研究生,研究方向为纳米材料及应用.∗通讯联系人,E⁃mail:hlliu@henu.edu.cn.㊀㊀近年来,随着科技的发展,在合成过程中对纳米粒子的尺寸㊁形貌㊁组成及表面修饰进行控制已成为可能,因此纳米复合材料的研究得到了迅速发展,其中基于POMs和贵金属纳米粒子形成的复合材料逐渐引起了人们的关注.POMs是一类具有丰富拓扑结构和性质的金属氧簇合物,其在催化㊁光学㊁电学㊁磁学及生物医疗等领域有着广泛的应用前景[1-7].贵金属纳米粒子具有小尺寸效应㊁量子尺寸效应㊁表面效应㊁宏观量子隧道效应等特性使贵金属纳米粒子在化学活性㊁催化性能及磁学㊁生物学和医学等领域有着巨大的应用价值[8-13].基于POMs和贵金属的纳米复合材料通过各组分间的协同作用具有多功能性,这些多功能性是单组分所不具备的[14-15],多功能性使其能在光学㊁催化㊁生物医药㊁生物传感等领域有着广泛的应用.基于POMs和贵金属的纳米复合材料的研究与发展不但拓宽了POMs和贵金属的纳米粒子的应用范围,也为合成新的功能性复合材料提供了思路.1㊀基于多金属氧酸盐和贵金属的纳米复合材料的合成方法1.1㊀电化学法电化学法由于其成本低,操作简单,灵敏度高等优点,已成为一种比较理想的合成复合材料的方126㊀化㊀学㊀研㊀究2018年法.BABAKHANIAN等[16-17]采用循环伏安法将AuNPs和α⁃POM(K7PMO2W9O39㊃H2O)同时掺杂到PPy膜中(如图1),得到的PPy⁃α⁃POM⁃AuNPs纳米复合膜对叶酸还原有着明显的电催化活性.图1㊀PPy⁃α⁃POM⁃AuNPs纳米复合膜的制备示意图Fig.1㊀SchematicofpreparationofPPy⁃α⁃POM⁃AuNPsnanocompositefilms1.2㊀一锅合成法一锅合成法因其简单易行,绿色和快速的特点,在合成材料方面有广泛的应用.ZHANG等[18]通过一锅合成法合成了金@多金属氧酸盐/有序介孔碳(Au@POMs/OMC)三组分纳米复合材料.其中,POMs用作还原剂和桥连分子,OMC提供了一个能够使Au@POMs形成具有协同作用的新型杂化纳米结构的支撑平台.通过X射线衍射,X射线电子能谱,X射线能谱仪,扫描电子显微镜和透射电子显微镜等综合表征手段对此复合材料的形成进行了验证.由于Au纳米粒子和OMC的协同效应,Au@POMs/OMC纳米复合材料具有良好的电催化活性.ZHANG等[19]使用简单,绿色的一锅合成法合成了纳米Pd@多金属氧酸盐/大孔碳(Pd@POMs/MPC)三组分纳米复合材料(如图2).由于Pd纳米颗粒和MPC材料的协同作用,Pd@POMs/MPC的新型纳米复合物可以应用于电催化.Pd@POMs/MPC的成功制备对电化学传感器的设计具有重要意义.1.3㊀自组装法GAO等[20]通过LBL方法,将银离子结合到POMs超薄膜上,通过原位还原制备了负载AgNPs的复合多层膜(BW12O40/AgNPs)n.用(BW12O40/AgNPs)n薄膜改性的GCE(玻碳电极)表现出了对O2的电还原性,其在燃料电池中具有潜在的应用价图2㊀Pd@POMs/MPC复合物制备的示意图Fig.2㊀SchematicofPd@POMs/MPCcomplexpreparation值,且(BW12O40/AgNPs)n复合膜可有效地抑制大肠杆菌的生长,因此该复合膜也可用作抗菌涂层.ZHANG等[21]通过简单的无表面活性剂浸泡自组装法合成了银纳米晶修饰多金属氧酸盐(Ag⁃POMs)的单壁纳米管,通过简单地调节反应物浓度可以控制多金属氧酸盐纳米管内Ag纳米晶的直径.单壁纳米管生长的基本原理为:在一定的反应时间和温度下,POMs在油胺或油酸的作用下生成多壁纳米晶片,纳米晶片经过卷绕形成直径为30nm的纳米第2期湛世霞等:基于多金属氧酸盐和贵金属的纳米复合材料的研究进展127㊀卷,最后纳米卷通过拉伸和重排转化为单壁纳米管(SWNTs),通过简单的无表面活性剂浸泡方法将AgNCs附着在POMs单壁纳米管上(如图3),最终形成银纳米晶修饰多金属氧酸盐(Ag⁃POMs)的单壁纳米管.绿条:油胺或油酸;粉红色的球:银阳离子.图3㊀POMSWNTs(a)和Ag⁃POM(b)的形成过程Fig.3㊀FormationofPOMSWNTs(a)andAg⁃POM(b)1.4㊀微乳液法BOUTONNET等首先用微乳液法成功制备了Pt㊁Pd纳米粒子,由此,微乳液法被广泛地应用于合成纳米材料上[22].LI等[23]采用微乳液法合成了羟基磷灰石/银/多金属氧酸盐(HAP/Ag/POMs)三组分复合材料.在实验的过程中,聚乙二醇(PEG)被用作表面活性剂,通过对合成的纳米复合材料进行分析表明,该纳米复合材料是核⁃壳构型,通过对该纳米复合材料的抗菌性能测试,发现该纳米复合材料有着良好的抗菌效果.2㊀基于多金属氧酸盐和贵金属的纳米复合材料的应用2.1㊀催化2.1.1㊀光催化对于基于POMs和贵金属的纳米复合材料,一方面,由于POMs具有与半导体光催化剂类似的光化学特性[24-29],另一方面贵金属纳米粒子在可见光区域表现出强烈的表面等离子体共振(SPR)吸收和高的电子捕获能力,可以提高复合材料在可见光照射下的光催化活性[30-33],基于POMs和贵金属的纳米复合材料结合了两者的特性,使其在光催化上有着良好的应用前景.SHI等[34]制备了一种新型的H3PMo12O40(PMo12)/TiO2/Ag复合光催化剂,通过光催化实验,发现在可见光照射下(λ>420nm),PMo12/TiO2/Ag催化剂对甲基橙(MO)具有高效㊁持久的光催化性能.优异的光催化性能可归因于增强的可见光吸收,沉积在TiO2上的PMo12和AgNPs可促使光生电荷的有效分离.LI等[35]开发了一种新颖的 绿色 催化氧化有机污染物的催化体系,这个系统由金纳米粒子(AuNPs)/多金属氧酸盐(POMs)/碳纳米管(CNTs)三部分组成,AuNPs和POMs固定在碳纳米管(CNTs)上,构筑了AuNPs/POMs/CNTs三元纳米复合材料,该纳米复合材料由于三种组分之间的协同效应使其在可见光照射下具有增强的光催化活性.2.1.2㊀氧化催化POMs阴离子具有高的电荷密度,因此可以贡献电子到其他电子受体并起到路易斯酸的作用,POMs中的杂原子中的空轨道有接受电子的能力[36],在这种情况下,POMs阴离子起到路易斯碱的作用,POMs可以被描述为电子的 缓冲溶液 ,用于氧化还原反应.POMs的这一特殊性质使其可被用作多种氧化还原催化剂,特别是应用于汽油的氧化脱硫(ODS)过程中.但POMs阴离子由于其高度负电荷而难以与有机溶液分离,这限制了其在均相氧化催化中的应用[37],所以在不改变POMs的前提下,使其能够在均相氧化催化中得到良好的应用至关重要.ZHANG等[21]合成的Ag⁃POMs单壁纳米管具有良好的氧化脱硫(ODS)催化性能,其单壁纳米管内表面上的银纳米晶体在其中起关键作用,可用于调整电子分布和提高催化活性.所制备的Ag⁃POMs纳米管可作为汽油脱硫的氧化催化剂.128㊀化㊀学㊀研㊀究2018年2.1.3㊀电催化随着全球对电化学技术需求的不断增长,高催化活性的电催化剂的研制受到越来越多的关注.纳米结构的复合材料被认为是重要的电极材料之一[38-42].ZOLADEK等[43]通过用还原性的钼酸盐处理HAuCl4来制备Au⁃PMo12胶体,其中多钼酸盐阴离子被用来防止Au纳米粒子团聚,用超薄阴离子多钼酸盐膜稳定纳米粒子使其可以形成稳定的高度着色的金胶体溶液,用PMo12修饰的金纳米粒子与铂黑结合,可以生成用于乙醇这样复杂体系的电氧化的高效电催化体系.ZHANG等[19]使用一锅法合成了Pd@多金属氧酸盐/大孔碳(Pd@POMs/MPC)三组分纳米复合材料,该复合材料对电化学传感器的设计具有重要意义,是促进新型电极材料发展的有前景的材料.所制备的Pd@POMs/MPC新型三组分纳米复合材料拓展了载体材料的应用范围,为电催化活性提供了新的特征.通过分析表征和电化学实验,发现通过连接MPC得到的纳米Pd@POMs提高了复合材料的电化学活性,相比较而言Pd@POMs/MPC三组分纳米复化物的电催化活性最好.ZHANG等[18]合成的金/多金属氧酸盐/有序介孔碳(Au@POMs/OMC)三组分纳米复合材料通过表征分析和电化学研究,表明所制备的纳米复合材料具有良好的电催化活性.2.1.4㊀生物质催化Au⁃多金属氧酸盐纳米复合材料已经成功地用于生物质催化[44],AN等[45]通过将Au纳米粒子负载在Keggin型不溶性多金属氧酸盐(CsxH3-xPW12O40)上,成功合成了Au/CsxH3-xPW12O40纳米复合材料,该纳米复合材料可在O2存在下直接将纤维二糖转化为葡萄糖酸,多金属氧酸盐的酸度和Au纳米粒子的小尺寸是将纤维二糖催化转化成葡萄糖酸的关键因素,一方面,多金属氧酸盐的强酸性有利于纤维二糖的转化,通过促进解吸和抑制其进一步降解而导致葡萄糖酸的选择性更高,另一方面,较小的金纳米粒子加速了其氧化葡萄糖(一种中间体)转化为葡萄糖酸.Au/CsxH3-xPW12O40纳米复合材料提高了纤维二糖的转化率和对葡萄糖酸的选择性,同时,Au/CsxH3-xPW12O40体系对将纤维素转化为葡萄糖酸也有着良好的效果.2.2㊀生物2.2.1㊀生物传感BABAKHANIAN等[16]利用了a⁃POM的电子通道效应以及AuNPs在电化学传感中的良好性能(即高表面积和电催化效果)以及聚吡咯膜的导电性能合成了基于a⁃POM(K7PMO2W9O39㊃H2O)结合AuNPs构建的聚吡咯修饰电极,可用于灵敏监测和定量分析人血清样品中的叶酸,该电极有望被用于制备生物传感器.ZHANG等[19]通过一锅法合成了Pd纳米粒子@多金属氧酸盐/大孔碳(Pd@POMs/MPC),其中多金属氧酸盐被用作还原剂和桥连分子.通过分析表征和电化学实验,发现通过连接MPC得到的纳米Pd@POM大大提高了复合材料的电化学活性,具有均匀尺寸分布的Pd@POMs的独特结构有助于传质和电子传导性,从而提高传感性能,这种生物传感器具有高的灵敏度和良好的稳定性.2.2.2㊀生物医药DAIMA等[46]通过12⁃磷钨酸(PTA)和12⁃磷钼酸(PMA)对AgNPs的表面进行改性,合成了AgNPs@POMs纳米复合材料.通过其对抗菌活性的测试,发现该纳米复合材料可以对细菌细胞造成损伤,这为阻止致病细菌的发展提供了机会.且该表面功能化材料可以对细菌产生特异性毒性而不会对测试的人上皮细胞造成损害,这为其应用在控制细菌感染以允许新上皮细胞的生长方面提供了依据,使其有望被用于抗菌药物.2.2.3㊀抗菌性LI等[23]通过微乳液法合成了纳米Ag/POMs复合材料,通过对其的抗菌实验中发现相比于市面上的抗菌洗涤剂该复合材料具有良好的更为持久的抗菌效果,该复合材料可以很好地应用于厨房用具和衣物等生活杂菌的抗菌.3㊀展望综上所述,基于POMs和贵金属的纳米复合材料的合成研究与开发应用的潜力是巨大的.目前,通过改进合成方法或复合材料的配比,扩展研究体系,加强性质研究,将会使具有新颖性和优良特性的纳米复合材料不断地被合成出来,探索出更丰富的基于POMs和贵金属的纳米复合材料合成方法,合成出更具功能性的POMs和贵金属的纳米复合材料.把基于POMs和贵金属的纳米复合材料的研究与其他学科之间的渗透与交叉研究结合起来,将使基于POMs和贵金属的纳米复合材料在交叉学科研究领域取得新进展,从而能为材料﹑能源及生物事业的发展做出重要贡献.参考文献:[1]LONGDL,BURKHOLDERE,CRONINL.Polyoxometa⁃lateclusters,nanostructuresandmaterials:fromself⁃assemblytodesignermaterialsanddevices[J].Chemical第2期湛世霞等:基于多金属氧酸盐和贵金属的纳米复合材料的研究进展129㊀SocietyReviews,2007,36(1):105-121.[2]CHARRONG,GIUSTIA,MAZERATS,etal.AssemblyofamagneticpolyoxometalateonSWNTs[J].Nanoscale,2010,2(1):139-144.[3]PROUSTA,MATTB,VILLANNEAUR,etal.Func⁃tionalizationandpost⁃functionalization:asteptowardspoly⁃oxometalate⁃basedmaterials[J].ChemicalSocietyReviews,2012,41(22):7605-7622.[4]SADAKANEM,STECKHANE.Electrochemicalpropertiesofpolyoxometalatesaselectrocatalysts[J].ChemicalReviews,1998,98(1):219-238.[5]LONGDL,TSUNASHIMAR,CRONINL.Polyoxometa⁃lates:buildingblocksforfunctionalnanoscalesystems[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2010,49(10):1736-1758.[6]ZHENGST,YANGGY.Recentadvancesinparamagne⁃tic⁃TM⁃substitutedpolyoxometalates(TM=Mn,Fe,Co,Ni,Cu)[J].ChemicalSocietyReviews,2012,41(22):7623-7646.[7]李然,李岩岩,赵俊伟.基于六缺位Dawson型磷钨酸盐衍生物的研究进展[J].化学研究,2016,27(3):269-279.LIR,LIYY,ZHAOJW.Researchprogressondawson⁃typephosphotungstatederivativesbasedonsix⁃vacancy[J].ChemicalResearch,2016,27(3):269-279.[8]WANGX,ZHUANGJ,PENGQ,etal.Ageneralstrategyfornanocrystalsynthesis[J].Nature,2005,437(7055):121-124.[9]HYEONT.Chemicalsynthesisofmagneticnanoparticles[J].ChemicalCommunications,2003,8:927-934.[10]HARUTAM.Whengoldisnotnoble:catalysisbynano⁃particles[J].TheChemicalRecord,2003,3(2):75-87.[11]DANIELMC,ASTRUCD.Goldnanoparticles:assem⁃bly,supramolecularchemistry,quantum⁃size⁃relatedproperties,andapplicationstowardbiology,catalysis,andnanotechnology[J].ChemicalReviews,2004,104(1):293-346.[12]BIGALLNC,HÄRTLINGT,KLOSEM,etal.Monodis⁃perseplatinumnanosphereswithadjustablediametersfrom10to100nm:synthesisanddistinctopticalproperties[J].NanoLetters,2008,8(12):4588-4592.[13]SHARMAS,AHMADN,PRAKASHA,etal.SynthesisofcrystallineAgnanoparticles(AgNPs)frommicroorga⁃nisms[J].MaterialsSciencesandApplications,2010,1(1):1-7[14]COZZOLIPD,PELLEGRINOT,MANNAL.Synthesis,propertiesandperspectivesofhybridnanocrystalstructures[J].ChemicalSocietyReviews,2006,35(11):1195-1208.[15]马晨光,方宁,李春艳,等.多酸⁃纳米粒子复合物的研究进展[J].化学研究,2017,28(3):386-390.MACG,FANGN,LICY,etal.Researchprogressonpolyacid⁃nanoparticlecomposites[J].ChemicalResearch,2017,28(3):386-390.[16]BABAKHANIANA,KAKIS,AHMADIM,etal.Deve⁃lopmentofα⁃polyoxometalate⁃polypyrrole⁃Aunanoparticlesmodifiedsensorappliedfordetectionoffolicacid[J].BiosensorsandBioelectronics,2014,60:185-190.[17]YOLAML,ATARN,ERENT,etal.Sensitiveandse⁃lectivedeterminationofaqueoustriclosanbasedongoldnanoparticlesonpolyoxometalate/reducedgrapheneoxidenanohybrid[J].RSCAdvances,2015,5(81):65953-65962.[18]ZHANGY,BOX,NSABIMANAA,etal.GreenandfacilesynthesisofanAunanoparticles@polyoxometalate/orderedmesoporouscarbontri⁃componentnanocompositeanditselectrochemicalapplications[J].BiosensorsandBioelectronics,2015,66:191-197.[19]ZHANGY,WANGH,YAOQ,etal.Faci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《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究摘要:随着科技的不断发展,纳米材料的研究已成为当今科学界关注的焦点。
本篇论文致力于探索一种新型的贵金属/MXene纳米复合材料,通过对材料的合成、表征以及性能的深入研究,揭示了其在诸多领域潜在的应用价值。
一、引言贵金属因其独特的物理和化学性质,在众多领域中都有着广泛的应用。
而MXene作为一种新兴的二维材料,因其优异的电学、热学和力学性能,也受到了科研人员的广泛关注。
将贵金属与MXene结合,形成纳米复合材料,有望进一步提升材料的综合性能。
二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备方法本部分详细描述了贵金属/MXene纳米复合材料的制备过程。
包括原料的选择、制备工艺的确定以及实验条件的控制等。
通过化学气相沉积法、溶胶凝胶法等手段,成功制备出具有优异性能的贵金属/MXene纳米复合材料。
2. 材料表征通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段,对制备出的贵金属/MXene纳米复合材料进行表征。
从微观结构上分析材料的组成、形貌以及尺寸分布等。
三、性能研究1. 电学性能贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的电导率和电化学性能。
通过电导率测试、循环伏安法等手段,研究材料的电学性能,并探讨其在实际应用中的潜力。
2. 磁学性能对贵金属/MXene纳米复合材料的磁学性能进行研究。
通过磁化曲线、磁滞回线等手段,分析材料的磁学特性,为进一步应用提供理论依据。
3. 催化性能研究贵金属/MXene纳米复合材料在催化领域的应用。
通过催化实验,探讨材料在化学反应中的催化活性、选择性以及稳定性等。
四、应用领域探讨结合贵金属/MXene纳米复合材料的优异性能,探讨其在能源、环保、生物医学等领域的应用潜力。
如作为锂离子电池的电极材料、催化剂、生物传感器等。
五、结论本论文成功研制出贵金属/MXene纳米复合材料,并通过一系列实验手段对其性能进行了深入研究。
纳米颗粒增强金属基复合材料的性能研究引言:纳米材料的出现与应用不断提升了金属基复合材料的性能,使之在工业领域中的应用范围更加广泛。
本文将探讨纳米颗粒增强金属基复合材料的性能研究,并分析其对材料的增强效果和应用前景。
1. 纳米颗粒增强金属基复合材料的制备方法纳米颗粒增强金属基复合材料的制备方法多种多样,常见的有机械合金、溶胶-凝胶法、电化学沉积等。
其中,机械合金通过高能球磨的方式将纳米颗粒均匀分散在金属基体中,实现颗粒增强效果。
而溶胶-凝胶法则是通过溶解粉末金属或其离子在溶剂中,再经过凝胶、干燥和热处理等步骤得到金属基复合材料。
这些方法的不断改进和优化为纳米颗粒增强金属基复合材料的制备提供了更多可能。
2. 纳米颗粒增强金属基复合材料的性能研究纳米颗粒增强金属基复合材料的性能研究主要集中在以下几个方面:2.1 机械性能纳米颗粒的引入极大地提高了金属基复合材料的硬度和强度。
纳米颗粒可以限制晶粒的生长,使金属材料变得更加致密,从而提高了其硬度。
同时,纳米颗粒在金属基体中形成了强化的位错团束和晶界弥散。
这些因素共同作用,使得纳米颗粒增强金属基复合材料具有更高的强度和韧性。
2.2 热性能纳米颗粒增强金属基复合材料在高温条件下表现出良好的稳定性和抗氧化性能。
纳米颗粒可以阻止晶界的扩散,减缓材料的高温蠕变。
此外,纳米颗粒还可以作为有效的反射和吸收热能的界面,提高材料的导热性能。
因此,纳米颗粒增强金属基复合材料在高温环境下具有更为可靠的使用性能。
2.3 耐蚀性能纳米颗粒的加入可以提升金属基复合材料的耐蚀性能。
纳米颗粒的均匀分布可以增加材料的表面积,从而增强与环境中腐蚀介质的接触。
此外,纳米颗粒还可以起到缓蚀剂的作用,通过形成氧化层等方式减轻金属基体的腐蚀速率。
这使得纳米颗粒增强金属基复合材料在腐蚀环境中具备更长的使用寿命。
3. 纳米颗粒增强金属基复合材料的应用前景纳米颗粒增强金属基复合材料具有广泛的应用前景。
例如,在航空航天领域,纳米颗粒增强金属基复合材料可以用于制造轻量化结构件,提高飞行器的载荷能力和燃料效率。
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究一、引言近年来,贵金属/MXene纳米复合材料由于其优异的电、磁、光等性能,在能源储存、催化、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研制贵金属/MXene纳米复合材料,并对其性能进行深入研究。
二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备贵金属(如金、银、铂等)具有优异的导电性、催化性能和生物相容性,而MXene作为一种新型二维材料,具有高导电性、高强度和高化学稳定性等特点。
因此,选择贵金属和MXene作为复合材料的组成成分。
制备过程中,首先合成MXene纳米片,然后通过化学还原法或光还原法将贵金属纳米粒子负载在MXene纳米片上,形成贵金属/MXene纳米复合材料。
2. 制备工艺优化为提高贵金属/MXene纳米复合材料的性能,对制备工艺进行优化。
通过调整贵金属前驱体的浓度、反应温度、反应时间等参数,以及采用表面活性剂、还原剂等辅助手段,实现对贵金属纳米粒子的尺寸、形貌和分布的控制。
三、性能研究1. 电学性能贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的电学性能。
通过测量复合材料的电导率、电阻率等参数,发现其电学性能随贵金属含量的增加而提高。
此外,MXene的高导电性和二维结构有利于提高电子传输速度和减少电子传输过程中的能量损失。
2. 催化性能贵金属/MXene纳米复合材料在催化领域具有广泛应用。
通过测试复合材料对某些有机反应的催化活性,发现其催化性能优于单一贵金属或MXene。
这主要是由于贵金属和MXene之间的协同作用,以及纳米级粒子提供的大量活性位点。
3. 稳定性与生物相容性MXene的高化学稳定性和生物相容性使得贵金属/MXene纳米复合材料在生物医疗领域具有潜在应用价值。
通过测试复合材料在生理环境中的稳定性以及与生物体的相互作用,发现其具有良好的生物相容性和较低的生物毒性。
四、结论本文成功研制了贵金属/MXene纳米复合材料,并对其性能进行了深入研究。
基于ZnO纳米片的贵金属复合的制备及SERS性能研究表面增强拉曼散射(SERS),对目标分析物具有很强的信号放大和“指纹”识别功能,它在超微量化学和生化分析上提供了很好的机会[1, 2]。
这种增强主要是由电磁场增强引起的,主要由等离子体引起的非常大的电场出现在所谓的位于贵金属纳米空间的“热点”区域[3]。
到目前为止,纳米结构组装体系已在相邻纳米结构的纳米尺度间隙之间[4]创建成“热点”区域。
从“热点”角度看,单个“热点”通常形成于关联纳米粒的组装系统中,如纳米颗粒之间[5],纳米颗粒与纳米线之间[6, 7],纳米颗粒与纳米片之间[8]和纳米颗粒–膜组装系统[9]。
而“热线”可以形成纳米线相关的组装系统,如平行的纳米线之间[10, 11],纳米线–膜组装系统[12]。
通过类比,平行的纳米片–纳米片组装的系统可以在相邻的纳米片间隙之间提供“热平面”区域,而不是“热点”或“热线”区域。
一般来说,相比“热点”和“热线”区域,分析物分子更容易定位在“热平面”区域。
因此,基于SERS的痕量检测,我们知道,由平行的纳米片组装的系统应该有很好的应用前景。
到目前为止,只有少数的纳米片组装的系统已用作SERS 活性基底。
多年来,SERS基底主要限制用于贵金属(金,银,铜)结构。
最近,它已被发现应用于各种半导体材料,如ZnO[13]ZnS[14]TiO2[15]Cu2O[16]和CuO[17]。
可能产生微弱的SERS 活性,其增强因子的范围从101-103。
因此,半导体(硅,氧化锌,二氧化钛)和贵金属(金、银)构成的复合材料或异质结构吸引了人们的注意,这种复合材料之所以具有较高的SERS 效应,可能是来自于电磁场增强(由局部表面激发贵金属等离子体共振)和半导体支撑化学增强(由电荷引起的贵金属和相邻半导体之间的转移)的作用[18]。
氧化锌,一个具有3.37 eV的直接带隙的多功能半导体材料,由于其光谱的化学增强的性能受到了特别的关注[19],几种方法用于制备这一新型的ZnO /贵金属混合SERS基底。
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究一、引言随着纳米科技的飞速发展,贵金属与新型二维材料MXene的复合材料因其独特的物理和化学性质,在能源转换、存储、催化以及传感器等领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在介绍贵金属/MXene纳米复合材料的研制过程,并对其性能进行深入研究。
二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备贵金属的选择主要依据其良好的导电性、催化活性以及化学稳定性。
常见的贵金属如金(Au)、银(Ag)和铂(Pt)等被选为研究对象。
MXene作为一种新型二维材料,具有优异的电导性、高机械强度以及良好的亲水性,是贵金属的理想载体。
制备过程中,我们采用液相还原法,将贵金属前驱体溶液与MXene溶液混合,通过控制反应条件,实现贵金属在MXene表面的均匀沉积。
2. 工艺流程与参数优化在制备过程中,我们通过调整反应温度、反应时间、贵金属前驱体浓度以及pH值等参数,优化贵金属/MXene纳米复合材料的制备工艺。
通过多次试验,我们找到了最佳的工艺参数,成功制备出性能优良的贵金属/MXene纳米复合材料。
三、性能研究1. 结构与形貌分析通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段,我们对贵金属/MXene纳米复合材料的结构与形貌进行了分析。
结果表明,贵金属成功负载在MXene表面,形成了均匀的纳米复合结构。
2. 电化学性能研究我们以Au/MXene纳米复合材料为例,研究了其电化学性能。
在催化剂应用中,Au/MXene表现出优异的催化活性,对某些反应具有较高的催化效率。
此外,其良好的电导性和稳定的电化学性能使其在能源转换和存储领域具有巨大的应用潜力。
3. 物理与化学性质研究贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的物理和化学性质,如高机械强度、良好的热稳定性以及抗腐蚀性等。
这些性质使得该材料在各种恶劣环境下均能保持良好的性能。
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究摘要:随着科技的飞速发展,纳米材料在诸多领域展现出了独特的应用前景。
本论文重点探讨了贵金属/MXene纳米复合材料的研制方法及性能研究。
该复合材料凭借其卓越的物理、化学性能,有望在催化、储能等领域发挥重要作用。
本文通过详细的实验设计与数据分析,详细记录了纳米复合材料的制备过程及性能评估。
一、引言随着纳米科技的进步,贵金属及二维材料如MXene的独特性质使其在能源转换、储存以及催化等应用领域具有广阔前景。
将贵金属与MXene结合形成纳米复合材料,可进一步提高材料性能并扩展其应用范围。
因此,研究并制备出贵金属/MXene纳米复合材料具有重要价值。
二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制(一)材料选择与制备方法本部分详细介绍了贵金属(如金、银等)和MXene(如钛基、钒基MXene)的选择依据及其优势。
制备方法则采用液相还原法或化学气相沉积法,并结合超声波辅助法实现纳米级混合。
(二)制备过程与表征详细描述了从原材料准备到最终获得纳米复合材料的整个过程,包括原材料的预处理、反应条件的优化等关键步骤。
此外,利用X射线衍射、透射电子显微镜等技术对材料进行了结构和形貌分析。
三、性能研究(一)催化性能研究本部分主要研究了贵金属/MXene纳米复合材料在催化领域的应用,如对某些有机物、水系和气相反应的催化性能进行了实验和理论分析。
通过对比实验,验证了该复合材料在催化领域的优越性。
(二)储能性能研究研究了该复合材料在储能领域的应用,如锂离子电池的电极材料等。
通过电化学测试,分析了其充放电性能、循环稳定性等关键指标,并与其他材料进行了对比分析。
四、结果与讨论(一)结果概述详细记录了实验结果,包括材料的结构、形貌、尺寸以及在催化、储能等领域的性能数据。
通过图表等形式直观地展示了实验结果。
(二)结果讨论结合实验数据和文献资料,对贵金属/MXene纳米复合材料的性能进行了深入的分析和讨论,探讨了其在不同应用领域中的潜在优势和不足,为后续的研究提供了思路和方向。
徐国园等:聚合物包覆金属纳米粒子的制备研究进展文章编号:1001-9731 (2016)12-12029-09丄2029聚合物包覆金属纳米粒子的制备研究进展徐国园,李爱香,陈复强,李秋红(山东理工大学材料科学与工程学院,山东淄博255049)摘要:近年来,金属纳米粒子,尤其是金、银和铜,由于独特的热学、光学和电学性质及在纳米电子、纳米光学、信息存储、催化、生物和生物医学方面的潜在应用吸引了重大的研究兴趣。
目前,聚合物包覆金属纳米复合粒子 的研究得到广泛关注。
一方面可以保持金属纳米粒子的特殊性质和功能,另一方面聚合物作为壳层材料可以增 强纳米粒子的长期稳定性,调控纳米粒子的溶解性,提高纳米粒子与聚合物基体的相容性和可加工性等。
本文综 述了聚合物包覆金属纳米粒子的制备研究进展,主要包括乳液聚合法、沉淀聚合法、原位聚合法、配体交换法、壳交联法等,提出和分析了每种方法的优缺点,并对该材料的发展做了展望。
聚合物包覆金属纳米粒子的工业化应 用仍然是一个重要的挑战,有待进一步发展更适合工业化生产的方法。
关键词:聚合物;金属纳米粒子;包覆;乳液聚合法;沉淀聚合法;原位聚合法;配体交换法;壳交联法中图分类号:TP383 文献标识码:A0 引言金属纳米粒子,尤其是金、银和铜,因其本身的独 特性在基础研究和工业应用方面得到了广泛关注,在 催化、生物、医药、探测、光学、传感及隐身材料等多个领域[18]有非常广阔的应用前景。
然而单纯的金属纳米粒子具有很高的表面能,极易发生聚集,形成尺寸更 大的贵金属颗粒,失去它们的独特性能,因而限制了它 们的应用和发展。
目前,金属纳米粒子/聚合物复合材料成为研究热 点,这是因为它具备两种材料的优点,一方面可保持金 属纳米粒子的特殊性质和功能,另一方面聚合物作为 壳层材料可以增强纳米粒子的长期稳定性,调控纳米 粒子的溶解性,提高纳米粒子与聚合物基体的相容性和可加工等。
采用聚合物刷来稳定金属纳米粒子被广 泛研究[9—11]。
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究一、引言随着科技的飞速发展,新型材料的研究与应用成为了推动科技进步的重要力量。
贵金属与MXene纳米复合材料作为新兴的复合材料,因其独特的物理、化学性质和优异的性能,在能源、环保、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在探讨贵金属/MXene纳米复合材料的研制方法及其性能研究。
二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备贵金属/MXene纳米复合材料的制备主要涉及贵金属和MXene两种材料的选材与制备。
贵金属通常选用金、银、铂等具有良好导电性和催化性能的金属。
MXene则是一种新型的二维材料,具有优异的电导率、热稳定性和机械强度。
制备过程中,首先将贵金属以纳米颗粒的形式制备出来,然后通过化学或物理方法将MXene与贵金属纳米颗粒进行复合。
在复合过程中,需控制好温度、压力、时间等参数,以保证复合材料的性能。
2. 制备工艺优化为了进一步提高贵金属/MXene纳米复合材料的性能,我们采用了多种制备工艺进行优化。
例如,通过调整贵金属与MXene的比例,优化复合材料的电导率和机械强度;通过改变制备过程中的温度、压力等参数,提高复合材料的稳定性。
此外,我们还采用了表面修饰等技术,进一步提高复合材料在恶劣环境下的性能。
三、性能研究1. 电学性能贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的电学性能。
通过测试,我们发现该复合材料具有较高的电导率和较低的电阻率。
此外,该材料还具有良好的电容性能,可应用于超级电容器、电池等领域。
2. 催化性能贵金属的加入使得复合材料具有优异的催化性能。
我们通过一系列实验发现,该复合材料对某些化学反应具有较高的催化活性,可应用于环保、能源等领域。
3. 机械性能MXene的加入使得复合材料具有较高的机械强度和韧性。
通过拉伸、压缩等实验,我们发现该复合材料具有良好的抗拉强度和抗冲击性能,可应用于航空航天、生物医学等领域。