纳米材料的形貌分析的重要性案例.doc

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1、问题：搜集关于表面形貌表征的案例，说明纳米材料的形貌分析的重要性。答：材料的形貌尤其是纳米材料的形貌也是材料分析的重要组成部分，材料的很多重要物理化学性能是由其形貌特征所决定的。对于纳米材料，其性能不仅与材料颗粒大小还与材料的形貌有重要关系。如颗粒状纳米材料与纳米线和纳米管的物理化学性能有很大的差异。因此，纳米材料的形貌分析，是纳米材料研究的重要内容。形貌分析的主要内容是分析材料的几何形貌，材料的颗粒度，及颗粒度的分布以及形貌微区的成份和物相结构等方面。下面我就聚苯胺/纳米二氧化锰复合材料的形貌表征来说明纳米材料形貌分析的重

2、要性。导电高分子/无机粒子复合材料因其结合了导电性和无机粒子本身所具有的特性,已引起人们广泛的兴趣[1]。在导电高分子中,聚苯胺因合成方便、原料易得、有良好的环境和热稳定性,成为导电高分子/无机粒子复合材料中的研究热点。聚苯胺/无机粒子的复合材料常用原位沉积的方法获得。但用这种方法合成聚苯胺/二氧化锰复合材料(PANI/MnO2)时遇到了一定的困难,因为在酸性条件下苯胺氧化聚合时,MnO2本身参与了苯胺的氧化而被还原成可溶性的二价锰盐,降低了复合材料中MnO2的含量。作者通过控制MnO2加入时间,有效地解决了二氧化锰大量消耗

3、的问题,从而制备出高MnO2含量的PANI/MnO2,同时保证了复合材料中聚苯胺的导电性。在合成聚苯胺/纳米二氧化锰复合材料(PANI/nm2MnO2)的过程中,采用控制nm2MnO2加料时间的方法,也同样获得了高MnO2含量和一定电导率的PANI/nm2MnO2。这说明尽管纳米粒子的特性决定了nm2MnO2具有比常规的MnO2在酸性体系中有更强的反应活性,这种控制加料时间的方法也能适用于制备PANI/nm2MnO2。本篇主要报道PANI/nm2MnO2的结构表征。苯胺(ANI):分析纯,上海化学试剂公司。经二次减压蒸馏提纯

4、后密封,保存于黑暗处待用;盐酸:分析纯,上海菲达工贸有限公司和桥分公司;过硫酸铵(APS):分析纯,上海爱建试剂厂;氨水:分析纯,密度约0.88g/mL,江苏宜兴市钮中化学试剂厂;乙酸锰[Mn(CH3COO)2·4H2O]:分析纯,上海化学试剂公司;草酸(H2C2O4·2H2O):分析纯,华东师范大学化工厂。nm2MnO2按文献[2]的方法作适当改进后合成。将等摩尔的草酸和醋酸锰混合均匀并充分研磨,待混合物的颜色由粉红色变为白色后,将其放入60℃真空干燥箱中保持10h。将干燥的白色混合物取出研细,置于300℃马弗炉中焙烧至混

5、合物完全变为黑色。然后在80～90℃下用2mol/LH2SO4酸化处理1h以上,抽滤后滤饼用蒸馏水反复洗涤至滤液呈中性。产物经105℃干燥后,研磨成细粉备用。将计量的nm2MnO2在50mL1mol/L盐酸溶液中超声分散30min,得到均匀的nm2MnO2盐酸分散液。超声后该分散液在25℃水浴中冷却以释放超声分散过程中吸收的热量。先将一定量的苯胺与过硫酸铵分别溶于25mL1mol/L盐酸溶液中,再将两者混合,反应3min后加入到nm2MnO2盐酸分散液中。在常温下继续反应5h。反应结束后,抽滤收集产物。滤饼经0.2mol/L

6、盐酸溶液淋洗至洗液为无色后,依次用50mL丙酮和0.2mol/L盐酸溶液淋洗。除去反应副产物的滤饼在50mL含有苯胺(与反应的苯胺摩尔数相同)的盐酸溶液(CHCl=0.2mol/L)中浸泡1.5h后,抽滤。滤饼经用0.2mol/L盐酸溶液、丙酮淋洗,反复三次。产物在60℃真空烘箱中干燥至恒重,得到翠绿亚胺盐形式的聚苯胺/纳米二氧化锰复合材料(PANI2ES/nm2MnO2)。用过量的0.5mol/L氨水处理反应所得的PANI2ES/nm2MnO2,然后经过滤、水洗、60℃真空干燥至恒重,得到翠绿亚胺碱形式的聚苯胺/纳米二氧化

7、锰复合材料(PANI2EB/nm2MnO2)。本文中用于表征的PANI/nm2MnO2复合材料中nm2MnO2含量为62.2%,聚苯胺含量为37.8%。目前,nm2MnO2的制备方法主要有溶胶-凝胶法、微乳液法、低热固相反应制备法和γ2射线辐射法等[5,6]。本文所用的nm2MnO2是采用低热固相反应法制备的,因为该法无需溶剂,具有高选择性、高产率、低能耗等优点。固相反应过程中,醋酸锰和草酸之间发生以下配位化学反应[2]:Mn(OAc)2·4H2O+C2H2O4·2H2O→MnC2O4·2H2O+2HAc+4H2O(1)从动

8、力学的角度看,由于醋酸锰和草酸之间的反应只有通过反应物分子之间的相互碰撞才能实现,因此充分研磨有利于反应的进行。同时研磨能使反应物粒度减小、反应物之间的接触面积增大,有利反应进行。草酸锰的分解温度为150℃[7],因此在300℃下生成的草酸锰易受热分解成氧化锰,氧化锰可再被氧化成二氧化锰。