超长碳化硅纳米线的化学修饰本科论.ppt

指导教师:赫荣安老师,超长碳化硅纳米线的化学修饰,班级：09级应用化学1班 学生： 陈杨杰 学号: 2009051125 日期: 2013年6月,纳米材料的改性是新一代纳米功能材料研究的热点之一。 碳化硅具有良好的化学稳定性、良好的结构性能、独特的光电性能，是一种优良的非氧化物陶瓷材料。 超长SiC纳米线 半导体、一维纳米材料，纳米尺寸 稳定的化学性质并不利于改性 本文欲通过改性，使SiC纳米线具有气体传感和催化功能。,超长碳化硅纳米线的化学修饰的背景及意义,研究方案,采用水热法，在Au/Ni电极上生长出了ZnO纳米线阵列（真空科学与技术学报报导）。通过测定其对不同相对湿度器件电阻变化，有很好的灵敏度和电容响应，具有良好的应用前景。,采用化学沉积法（催化学报）制备了不同Pt含量的Pt/BiOCl纳米片光催化剂，影响光吸收和催化剂降解改性橙的原因是沉积的Pt纳米线粒子及其等离子体催化作用，丰富了贵金属沉积对BiOXRD类光催化剂的光催化研究。,本文分为两个部分：1）利用干氧化法在表面制备了SiCO氧化层，检测产物湿度传感性能；2）在碳化硅纳米线表面均匀负载Pt金属纳米颗粒，探讨影响负载的因素及均匀控制Pt金属颗粒的条件。,论文内容框架,碳化硅纳米线的制备及表征,湿度传感研究,研究表面负载Pt纳米颗粒影响因素,碳化硅纳米线对湿N2湿度响应研究,碳化硅纳米线对空气的湿度响应研究,碳化硅纳米线对不同湿度空气的湿度响应研究,碳化硅纳米线干氧化及产物湿度响应研究,碳化硅纳米线的湿度响应作用机理,H2PtCl6的用量对SiC纳米线表面Pt颗粒形貌的影响,反应温度对SiC纳米线表面Pt颗粒形貌的影响,分散剂对SiC纳米线表面Pt颗粒形貌的影响,第一部分:碳化硅纳米线的制备及表征,制备：超长（厘米级）SiC纳米线，采用化学气相沉积法，将聚硅碳硅烷（20.0g）和活性炭粉末（16.0g）混合成均匀浆料，N2保护下，以10/min升温至1300，保温2h后自然降至室温，棉花状淡绿色产物。装置图:,表征：扫描电镜SEM来观察测定微观形貌，采用XRD来证明其为碳化硅纳米线，如下图：,上图，瓷舟表面，放大1000倍和25000倍的SEM图像，直径约为1-2nm。某一区域的EDX谱，主要成分为Si、C，并含有少量的O元素，少量Pt元素喷金过程，质量百分比约为1.94%。2数值35.7、41.5、60.1、71.8和75.5，峰位和强度与标准图谱的（111）、（200）、（220）、（311）和（222）晶面衍射峰一致，为SiC纳米线。,第二章：湿度响应研究,置于测试腔中，通入干燥氮气，电阻急剧下降，通入水蒸气的氮气，电阻逐渐上升时，通入干燥氮气，重复。电阻响应曲线图如下：,湿N2的灵敏度为15.74%，具有优良的响应，响应时间为124s，恢复时间为41s，占整个时间的75%（t90，即器件达到其最大变化的90%所需的时间），具有良好的潜在性能。,2.1碳化硅纳米线对湿N2湿度响应研究,置于测试腔中，通入空气，电阻急剧下降，抽成真空，重复。曲线图下：,相对湿度(RH)为30、15、7、3.5时，响应时间200、190、180、110、40s，恢复时间分别为200、160、110、40s，灵敏度计算如下：A:RH=30时，灵敏度3.82，说明具有良好的应用前景。,2.2：碳化硅纳米线对空气的湿度响应研究,相对湿度(RH)30、15、7、3.5时，响应时间分别为200、190、180、110、40s，恢复时间为200、160、110、40s，灵敏度计算：A:RH=30时，灵敏度3.82%；B:RH=15，灵敏度为：2.88%；C：RH=7.5时，灵敏度2.25%；D：当相对湿度RH=3.5时，1.29%，灵敏度水蒸气增加而增加。相对湿度为横坐标，灵敏度为纵坐标得图。,2.3：碳化硅纳米线对不同湿度空气的湿度响应研究,a未经氧化TEM图，表面不均匀，没分层，同一种物质，b-d600下氧化5min的TEM图，外层出现氧化层，在750和900下发现，氧化速率随温度升高而升高。,2.4：碳化硅纳米线干氧化及产物湿度响应研究,氧化层厚度测量，氧化层厚度增长速率为0.13,0.15和0.18nm/min，增长很慢，良好的抗氧化性。750下氧化30min氧化层厚度0.25nm，进一步证明优良抗氧化性，氧化层厚度在3-4nm之间或以下的氧化层传导性能优良。,750下氧化30min湿N2响应曲线，良好的响应。灵敏度6.67%，良好的响应，比在750下氧化5min，15min以及900氧化产物响应值高，证明在1023K氧化30min适宜产物氧化的时间，具有潜在优良性能。,750下氧化30min的SiC纳米线的湿N2响应曲线,机理，SiO2与水结合，氢键影响，SiO2上O上电子向H转移，电荷效应，n型半导体SiC上Si原子带负电，电阻增加，不通水蒸汽时，化合物随N2流动分离，良好响应。表面覆盖水分子越多，作用越强，朗缪尔等温单分子层吸附理论，吸附面积越大，相互作用力越大。灵敏度公式。Sensitivity为灵敏度,为达到极大值的电阻与基础电阻的差值；R0为基础电阻。,2.5：碳化硅纳米线的湿度响应作用机理,第三章：研究碳化硅纳米线表面负载Pt纳米颗粒影响因素,第三章：研究碳化硅纳米线表面负载Pt纳米颗粒影响因素,H2PtCl6为3mL、0.1mL和0.01mLSEM图像，a图Pt质量分数67.1%，Pt包裹或镶嵌在SiC表面，直径数百微米至数十微米，Pt4+浓度过高，Pt被还原过快富集bH2PtCl6降低30倍，还原的Pt原子不能富集成圆柱，随着H2PtCl6降低，Pt粒径降低，SEM得知，Pt属于微米级。c图SEM未发现Pt颗粒，能谱仅探测微量Pt信号，TEM微区形貌观察，未发现Pt，说明当H2PtCl6用量减少为0.01ml时，少量Pt难聚集为颗粒状，釜底沉积铂黑证明Pt4+溶液直接被还原未负载于表面。,3.1 H2PtCl6的用量对SiC纳米线表面Pt颗粒形貌的影响,H2PtCl6为3mL、0.1mL和0.01mL时产物的SEM图像,a Pt颗粒团聚, b: Pt颗粒粒径为200300 nm c Pt颗粒分布稀疏，d: Pt颗粒粒径约为100150 nm,3.2 反应温度对SiC纳米线表面Pt颗粒形貌的影响,160（a, b）和120（c, d）反应产物的SEM图H2PtCl6用量3mL,H2PtCl6用量3mL，200下Pt平均粒径约300nm，降至160，Pt粒径190nm，至120后，Pt粒径170nm，温度影响Pt4+还原速率和Pt生长状态。室温下，Pt4+不能被还原，120时，Pt4+还原负载于表面，反应速率与沉积速率匹配，形成的Pt密度较低，无团聚；升温导致Pt团聚，Pt4+的还原速率较高，不足以使Pt继续长大（与120基本相同），形成团聚Pt；200时，Pt大量被还原出来，较高温度Pt可以充分生长，导致相对密度较高且直径明显增大的Pt。,3.3 分散剂对SiC纳米线表面Pt颗粒形貌的影响,200下H2PtCl6用量0.01mL，加入20mg PVP（Mw=30000），a、无任何可见颗粒，b中一些物质负载于表面，直径较小，无团聚。TEM中c、d粘附物分析，含有大量Pt颗粒，d图Pt粒径较小，在表面呈单分散均一状态，d黄色阴影为一个Pt纳米颗粒，直径约为3nm。,Pt纳米颗粒在15nm呈正态分布，平均粒径为2.85nm。TEM图和粒径分析说明较低Pt用量，PVP对Pt颗粒产生