结构参数可控的纳米球的合成与电化学性能研究

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纳米材料的形貌以及尺寸对于其电化学性能以及器件的稳定性有非常大的影响,通过不同的方法以及思路来设计以及调控纳米材料的形貌,并通过形貌上的改良来提高材料的容量以及稳定性成为研究的热点。以表面活性剂为模板来构筑不同维度的纳米结构的方法具备很大的优势,主要由于表面活性剂活性分子可以吸附在晶体的成核中心,被认为是一种非常合适的结构导向剂,同时表面活性剂是一类可以在溶液中和界面上形成热力学稳定的天然纳米级聚集体的活性分子,其聚集态种类多样,为构建不同形貌结构的纳米粒子提供了多种的可能性。因此本工作从表面活性剂的亲水以及疏水链的尺寸入手,探究改变亲水疏水链长对于表面活性剂自组装行为以及所制备的纳米粒子的形貌尺寸的作用规律,包括不同形貌结构对材料的电化学性能的影响。选用具备不同乙氧基链长的辛基酚聚氧乙烯醚表面活性剂(OP10,OP20,OP30,OP40)作为模板,选用苯胺,以及吡咯作为碳源,通过氧化还原反应制备纳米粒子,研究随着亲水链长的改变以及疏水链长的改变对纳米球形貌粒径的影响规律。通过动态光散射,扫描电镜,透射电镜及氮气吸脱附曲线测试等来表征材料的形貌以及孔结构,研究结果表明当亲水链长在10EO-30EO内时,制备的碳纳米球粒径随亲水链长的增大而减小,样品EO(30)-PCNS粒径最小为36nm,同时具备2137m2g-1的高比表面积,以及优异的电化学性能221F g-1。选用不同疏水烷烃链长的脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性剂(C8,C10,C13,C16)研究疏水链长对聚吡咯纳米球形貌以及粒径的作用规律,随着疏水链长的增大,制备的聚吡咯纳米球粒径减小,而且形貌均一,最小粒径为47nm,与此同时PNS-C16具备最大的比表面积57m2g-1以及明显的介孔分布,表明链长的改变不仅仅对于材料的形貌以及性能有一定的改善,还对材料的孔结构有明显的调控作用。此外,除了探究亲水以及疏水链长对于纳米粒子粒径的影响规律,研究结果表明表面活性剂的自组装形态对纳米粒子的结构也有一定的影响,当表面活性剂自组装为几纳米的胶束时,其制备的纳米粒子为空心结构,而组装成几百个纳米的囊泡时,其制备的纳米粒子为实心结构。综上,通过调节表面活性剂分子结构能有效的调控材料的形貌以及结构,相比浓度的调节,链长参数的调节效果显著,得出了亲水链以及疏水链调控的规律以及自组装形态对于纳米粒子结构的影响。本工作提供了为调控纳米粒子的粒径以及形貌提供了一个新的调整策略,同时为人们选用非离子表面活性剂模板提供了一些指导思路。
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