静电纺丝法制备柔性SERS基底及性能研究

利用静电纺丝技术制备了聚乙烯醇(PVA)/银纳米粒子高活性SERS柔性基底.将硝酸银、聚乙烯醇按照一定比例混合配置纺丝溶液,纺丝成膜后采用紫外光照射还原法得到纳米纤维基底.采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),傅立叶红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(Raman),紫外可见光谱(UV-Vis)等技术,对合成的纳米纤维基底进行表征.研究表明,银纳米颗粒呈球形分布在复合纤维中,粒径小于10 nm.以罗丹明为探针分子,硝酸银含量16 wt;,紫外光照射3 h制备的基底具备最优的SERS性能.同时将此基底应用于烟酸药品检测,拉曼检测极限可达10-5 mol·L-1.     

还原氮化温度对氮化铌纳米管组成、结构与电化学性能影响研究

以铌箔为基底,用阳极氧化法结合氨气还原氮化法制备出氮化铌纳米管,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等结构表征手段和循环伏安法(CV)、充放电(GCD)和交流阻抗法(EIS)等电化学测试手段研究了还原氮化温度对纳米管的物相、形貌以及电化学性能的影响.结果表明,还原氮化后出现了氮化铌物相,以氧氮化铌固溶体形式存在,当还原氮化温度为700℃时,氮化铌纳米管阵列结构均匀,纳米管的孔内径约为35 nm,管壁厚度约为12 nm,纳米管长度约为1.5μm,样品中内在阻抗和电荷转移电阻较小,在电流密度为0.1 mA/cm2时,其比电容为400μF/cm2.     

微乳液静电纺丝制备多孔Nb4N5纤维及其电化学性能

以五氯化锯为原料,液体石蜡为分相剂,采用微乳液静电纺丝技术制备前驱体纤维,再经氨气还原氮化得到多孔氮化锯纤维.利用XRD、SEM、BET等进行物相及微观结构表征,结果表明合成的纤维为四方Nb4N5晶相,纤维连续,直径为260 nm,由于液体石蜡分相以及助纺剂PVP的分解作用,在纤维上形成较多孔道结构,其BET比表面积为125m2/g,孔径为2～5nm范围内的孔结构比例较高,同时在5～10 nm 范围也存在较多的孔道结构,平均孔径为7.3 nm.采用CV、GCD及EIS等测试其电化学性能发现,氮化锯纤维的储能主要受电极表面电荷传递过程控制的,外表面比电容贡献高,这得益于分布在纤维中的孔结构,其可为离子传输提供通道,并为电化学反应提供空间.当电流密度为5mA/g时,比电容为151 F/g,能量密度为7.73 Wh/kg时,功率密度为3.03 W/kg,其经2000次循环后其比电容保持在95;以上.     

金属氯化醇盐的红外光谱分析

金属氯化醇盐作为一种溶胶．凝胶法新型前驱体,其分子结构较为复杂,但关于它们结构的红外光谱分析却很少。为此,文章分别对四氯化钛和三氯化铝与乙醇、异丙醇及正丁醇的反应产物——金属氯化醇盐进行了红外光谱测试分析。结果发现,由于四氯化钛中钛的反应活性参数Rn较小,同时三氯化铝中离子键较少,因此,它们与醇之间只发生了部分亲核取代反应,导致产物中残余一定量的Ti-Cl和Al-Cl键合,即反应产物为铝、钛氯化醇盐,这样造成铝氯化醇盐的红外图谱中存在Al-Cl键合振动吸收峰,而钛氯化醇盐中C-O-Ti键合的C-O伸缩振动吸收峰峰位也明显有别于纯的金属钛醇盐。     

Au/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼散射光谱(SERS)已用于环境监测、生物医药、食品卫生等领域,而高活性SERS基底是表面增强拉曼散射光谱技术应用的关键。TiN作为新型等离子材料具有较强的SERS性能,同时化学稳定性及生物相容性较好,但其SERS性能不如贵金属金强。该研究采用氨气还原氮化法和电化学沉积法,在TiN薄膜表面沉积贵金属Au纳米颗粒制备出Au/TiN复合薄膜。在Au/TiN复合薄膜中单质Au和TiN两种物相共存;随着电化学沉积时间延长,TiN薄膜表面单质金纳米颗粒数量逐渐增多,金纳米颗粒尺寸增大,颗粒间距减小。由于金与TiN两者的本征表面等离子共振耦合作用,Au/TiN复合薄膜的共振吸收峰发生了偏移。利用罗丹明6G为拉曼探针分子,对Au/TiN复合薄膜进行SERS性能分析,发现Au/TiN复合薄膜上的R6G探针分子的拉曼峰信号强度随沉积时间延长呈现先增大后减小的规律;当电化学沉积时间为5 min时,R6G拉曼信号峰较高,复合薄膜样品的SERS活性最大。将Au/TiN复合薄膜和Au薄膜分别浸泡在10-3,10-5,10-7,10-8及10-9 mol·L-1 R6G溶液5 min,进行检测限分析,发现Au/TiN复合薄膜检测极限达10-8 mol·L-1,增强因子达到8.82×105,与Au薄膜和TiN薄膜相比,Au/TiN复合薄膜上对R6G探针分子SERS活性最高。这得益于Au/TiN复合膜中表面等离子体产生的耦合效应,使得局域电磁场强度增强,从而引起R6G探针分子拉曼信号增强。通过2D-FDTD模拟电场分布发现Au/TiN,Au及TiN薄膜具有电场增强作用,其中Au/TiN复合薄膜的增强作用尤为显著,这也证实了氮化钛与金纳米颗粒之间存在耦合效应。另外发现TiN与Au之间可能存在电荷转移,促进了4-氨基苯硫酚氧化反应,进而证实了TiN与Au薄膜的协同作用。此外,Au/TiN复合薄膜均匀性较好,相对平均偏差仅为7.58%。由此可见,采用电化学沉积制备的Au/TiN复合薄膜具有作为SERS基底材料的应用潜力。     

多级结构SiC纤维制备及电化学性能研究

鉴于中空和表面多级结构有助于提升超级电容器电极材料电化学储能性能,以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,以PVP为助纺剂,运用静电纺丝结合碳热还原技术制备出中空SiC纤维,并采用渗硅技术在SiC纤维表面构筑出球形纳米颗粒的多级结构.研究表明,采用静电纺丝结合碳热还原可以得到具有中空结构、连续性好且结晶程度较高的β-SiC纤维,其比电容为22 F/g.采用渗硅工艺可在β-SiC纤维表面生长球形颗粒多级结构,提升其电化学性能,使其具有较大比电容,为54 F/g.     

还原氮化对V2O5薄膜SERS效应的影响

探讨还原氮化后对V2O5薄膜SERS效应的影响。以乙酰丙酮氧钒(C10H14O5V)为V源,采用非水解溶胶-凝胶法制备V2O5凝胶,通过氨气还原氮化V2O5薄膜。利用XRD、FE-SEM、UV-VIS-NIR、RAMAN测试薄膜结构、光学性能及SERS效应。结果表明,氮化后V以氮氧化合物的形式存在,随着氮化温度升高,氮元素逐步替代氧元素。随着氮化温度升高,薄膜上晶粒逐渐增大,成板条状,晶体粒径达25 nm。经600℃还原氮化得到的薄膜的紫外可见近红外区域的吸收率最高,且禁带宽度相对于未氮化时的V2O5薄膜较小。利用R6G作为探针分子研究了薄膜的SERS效应,结果表明氮化温度600℃时薄膜具有显著的拉曼增强效应,且高于未氮化时的V2O5薄膜的拉曼增强效果,在620 cm^-1处拉曼信号峰强度达485 cps.     

大尺寸系列孔隙度高强人造岩芯的研制

采用矾土、氧化铝与硬质碎瓷粒为骨料, 选用硅溶胶、高岭土、煅烧滑石和方解石组成的MgO-CaO-Al2O3-SiO2低共熔混合物作为晶界结合剂,以木屑和煤粉为造孔剂,利用浇注成型技术制备出大尺寸系列孔隙度高强人造岩芯.其主要技术指标为:尺寸:65mm×150mm,孔隙度:26.6～45.4%,抗压强度:37.5～51.1 MPa.同时,SEM测试发现岩芯中的气孔呈三维连通状分布,且直径在100μm以下的微孔居多.     

氨气还原氮化法制备有序介孔TiN粉体及其电化学性能

以四氯化钛为原料,嵌段共聚物P123(PEO_(20)-PPO_(70)-PEO_(20))为模板剂,氰胺为稳定剂,采用非水解溶胶-凝胶法制备有序介孔TiO_2粉体,再经氨气还原氮化处理得到有序介孔TiN粉体.利用广角/小角X射线衍射、电子显微镜和N_2气吸-脱附等对TiN粉体的结构进行了表征,并通过循环伏安和充放电测试表征了电化学性能.结果显示,该粉体为高纯立方TiN相,呈球形颗粒状,具有有序介孔结构,比表面积高达97 m~2/g.在不同扫描速率下循环伏安曲线均呈类矩形,根据电流密度为50 m A/g时的恒流充放电(GCD)曲线计算比电容为233 F/g,且经2000次充放电循环后比容量仍保持90%以上,在功率密度为0.1 k W/kg时能量密度高达65 W·h·kg~(-1).     

Ag/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

高灵敏基底材料是表面增强拉曼光谱(SERS)技术应用的关键。本研究采用电化学沉积法将氮化钛(TiN)薄膜与贵金属银复合,利用两者协同效应提高SERS灵敏度。借助XRD、SEM、UV-VIS和Raman等测试手段系统探究了电化学沉积参数对复合基底SERS性能的影响。研究发现,当沉积液浓度为5 mmol/L、沉积电压为5 V及沉积时间为5 min时,复合基底单质Ag和TiN两种物相共存,Ag纳米颗粒沿优势晶面生长,银颗粒在TiN薄膜上生长为棒状结构,分布均匀。与其他沉积参数下制备的基底相比,上述条件下合成的复合薄膜展现出较明显的等离子体共振吸收双峰,表明体系中Ag和TiN两相间产生等离子体共振叠加效应,电磁场耦合作用增强,局部表面等离子体共振耦合作用增加,薄膜表面形成更多的SERS“热点”,并有助于促进电荷转移,进而赋予基底较为优异的SERS性能。这证实了优化电化学沉积参数来调控复合薄膜形貌从而改善SERS基底性能的可行性,可为采用电化学沉积技术制备Ag/TiN复合薄膜作为SERS基底材料提供技术支持。