硅纳米线阵列的催化性质及其表面改性研究

【摘要】硅纳米线阵列（Siliconnanowirearrays，SiNWAs）是直径小于100nm的硅纳米线以一定取向整齐排列于材料表面所形成的纳米阵列。纳米线自身的物理性质及纳米效应赋予SiNWAs表面多种优良的性能，如低反射和光吸收、催化活性、比表面积大等，从而使SiNWAs在能源、催化、环境以及生物方面具有广阔的应用前景。此外，在一些应用上，相比于分散相的硅纳米线体系，SiNWAs不存在分散和分离的问题。然而到目前为止，无论在结构调控、性能开发和表面修饰方面，SiNWAs的研究都还不够充分，特别是SiNWAs表面改性，大部分已在平滑表面上成熟发展的改性技术及界面性质都未曾在SiNWAs表面尝试，相信若将这些改性方法与SiNWAs自身优异的物理性质及纳米拓扑效应相结合，可以赋予SiNWAs更多意想不到的功能。此外，SiNWAs在催化方面的应用大多还依赖于与金属材料的结合，目前已有初步的探索发现硅纳米线自身或结合适当的表面化学处理，即可拥有良好的催化性能，因此，SiNWAs的催化性能也是十分值得探索的。基于以上原因，本论文主要从SiNWAs的制备、表面修饰以及催化性能三个方面展开研究。主要研究内容如下：首先，研究了SiNWAs的制备以及不同表面处理方式的比较。通过金属催化化学腐蚀法制备了SiNWAs表面。通过调控化学腐蚀时间对纳米线的长度进行调控，采用扫描电子显微镜（SEM）观察到纳米线长度随腐蚀时间的延长而线性增加，制备纳米线长度范围为4~49μm。用“Piranha”和氢氟酸溶液进行表面处理化学组成不同的SiNWAs表面，通过X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱确定“Piranha”处理的SiNWAs表面（P-SiNWAs）富含羟基，而氢氟酸处理的SiNWAs表面（H-SiNWAs）富含Si-H键。静态水接触角测试表明，H-SiNWAs表面呈现超疏水，而P-SiNWAs呈现超亲水，这是表面化学组成与SiNWAs拓扑结构共同作用的结果。其次，研究了经不同表面处理的SiNWAs的催化性能。分别用氢氟酸和“Piranha”溶液处理SiNWAs表面，通过紫外-可见分光光度法研究其催化NaBH4还原对硝基苯酚的效率。结果表明，氢氟酸处理的SiNWAs表面具有显著的催化活性，在该表面上，对硝基苯酚的转化速率随时间的延长而增加，至30min全部完成转化。拉曼光谱表明，Si-H的存在是导致催化活性的关键。此外，比较纳米线长度不同的SiNWAs表面的催化活性，发现纳米线越长，催化活性越高。此外，硅氢化的SiNWAs对其他对硝基苯衍生物也具有很高的催化还原效率。最后，研究了各种功能性聚合物对SiNWAs表面的改性。通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）的方法在SiNWAs表面接枝了聚（甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯）（PDMAEMA）和聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm），水接触角测试表明两种表面分别具有显著的pH响应性和温度响应性，且相比于相同聚合物改性的平面硅表面，响应程度显著提高；将具有不同分子量的、单端烯丙基化的聚乙二醇（PEG）与硅氢化的SiNWAs表面进行加成反应，从而将PEG接枝到表面，改性后的表面呈现超亲水，且能够降低非特异性蛋白质吸附，降低程度随PEG分子量的增加而增加；利用对硝基苯甲酰氯将氨基化的SiNWAs表面活化，然后将聚乙烯亚胺（PEI）接枝到表面，优化接枝时间后获得最高接枝密度为149nmol/cm2，水接触角3°，该表面在抗菌和表面基因转染方面具有潜在用途。
【作者】徐亚骏；
【导师】陈红；袁琳；
【作者基本信息】苏州大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】硅纳米线阵列；硝基苯衍生物；催化；表面改性；

【参考文献】
[1]夏如杰.夏热冬冷地区住宅建筑采暖空调负荷特性研究[D].西安建筑科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[2]韩团军.基于锁相环的数字式频率合成器研究与设计[D].长安大学,控制工程,2013,硕士.
[3]彭臻.我国公共卫生发展市场化问题研究[D].山东财经大学,社会保障学,2014,硕士.
[4]李峰.现浇钢筋混凝土空心板中管参与工作的性能研究[D].天津大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[5]闫鹏.废弃印刷线路板高温燃烧时溴的迁移转化特性和溴代二噁英的排放特性试验研究[D].浙江大学,热能工程,2013,硕士.
[6]张素兰.马克思恩格斯的公平正义思想研究[D].中共山东省委党校,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[7]崔军.精益改善在M公司的应用研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[8]王同珍.淬火过程的计算机模拟[D].燕山大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[9]唐斌.资本理论的脉络及延展[D].复旦大学,马克思主义基本原理,2013,博士.
[10]刘娟.山东省高校公共体育课中增设啦啦操项目的可行性及对策研究[D].山东师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[11]李鹏.起重机液压起升机构可靠性分析及安全评价[D].太原科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[12]刘洪杰.南北朝女子服饰风貌的研究[D].南京师范大学,中国古代史,2012,硕士.
[13]张贺,刘茂福,胡慧君,顾进广.基于信息单元融合的新闻原子事件抽取[J].武汉大学学报(理学版),2015,02:139-144.
[14]王菊花.黑龙江省农业产业化的金融支持研究[D].吉林大学,农业推广,2012,硕士.
[15]马玉.顺应论视角下的口译研究[D].内蒙古大学,翻译,2014,硕士.
[16]裴津峰.公共政策制定中的利益整合问题研究[D].郑州大学,政治学理论,2013,硕士.
[17]崔婷婷.商业银行供应链金融风险管理研究[D].山西财经大学,金融学,2013,硕士.
[18]王文婷.铁氧体和镍修饰的碳纳米管复合吸波材料的制备及表征[D].中北大学,2011.
[19]王勇.甲状腺乳头状癌中TGF-β1、CD31表达及临床意义[D].承德医学院,肿瘤学,2011,硕士.
[20]刘盛楠.燃料电池用W_(18)O_(49)的合成及其载Pt催化剂的性能研究[D].北京交通大学,化学工程（专业学位）,2013,硕士.
[21]陈扬.同型半胱氨酸及血尿酸与感音神经性聋相关性的研究[D].辽宁中医药大学,临床医学（专业学位）,2012,硕士.
[22]易敏.都市报与微博“补偿性”融合发展研究[D].南京师范大学,新闻学,2012,硕士.
[23]李修莲.生物可降解脂肪族聚酯的改性及性能研究[D].安徽大学,材料工程,2013,硕士.
[24]李凯.基于非张量积小波的像素级图像融合方法研究[D].湖北大学,系统分析与集成,2012,硕士.
[25]胡胜.我国中小企业可持续发展问题与对策研究[D].华中农业大学,农业经济管理,2001,硕士.
[26]黄煌,伍清河,李晖.空间关联系统的分布式输出反馈控制器设计(英文)[J].自动化学报,2009,08:1128-1135.
[27]李媛媛.热痹颗粒治疗类风湿性关节炎的实验研究[D].湖北中医学院,中医临床基础,2004,硕士.
[28]孙伟.高致病性禽流感H5N1病毒基因3’UTR第4位碱基功能的研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,微生物学,2014,博士.
[29]郭彦军.三自由度3-RRP球面并联机构的运动性能研究[D].中北大学,机械工程,2014,硕士.
[30]田园.基于数据挖掘技术的教务系统设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[31]滕俊.年最大负荷概率分析与预测的研究与应用[D].河海大学,电力系统及其自动化,2004,硕士.
[32]许思哲.层状Ppy/CRGO纳米复合材料的制备及其在超级电容器中的应用[D].上海交通大学,2011.
[33]赵杰,李牧,李戈,闫继宏.一种无标定视觉伺服控制技术的研究[J].控制与决策,2006,09:1015-1019.
[34]田维.基于混沌的数字水印研究[D].扬州大学,信号与信息处理,2011,硕士.
[35]何平卫.轻质密肋钢筋混凝土夹芯板结构体系的研究[D].湖南大学,结构工程,2003,硕士.
[36]李丽君.未成年人股东资格法律问题研究[D].浙江大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[37]姜宁,吴桂清,罗文钦.一种基于数据挖掘思想的专家系统推理机制[J].湖南大学学报(自然科学版),2002,S1:89-92.
[38]储敏.聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯（TPGS）修饰壳聚糖纳米粒作为抗肿瘤药物传递载体的研究[D].华中科技大学,药剂学,2012,硕士.
[39]许文,叶明恩.生活中的物理命题[J].高中生学习(试题研究),2015,03:40-41.
[40]雷鸣.CD药厂采购质量管理的研究[D].西南交通大学,项目管理（专业学位）,2013,硕士.
[41]李海明,吴建林,张雷.分析型CRM的软件体系结构[J].计算机工程与应用,2002,05:110-112.
[42]孙寿丹.老年认知功能障碍的影响因素及蓝莓花色苷干预研究[D].广西医科大学,营养与食品卫生学,2013,硕士.
[43]周宇.船用数控曲轴内铣床结构设计与研究[D].沈阳理工大学,机械电子工程,2013,硕士.
[44]邵华.石嘴山1004T/h锅炉运行知识库及培训系统的研究[D].华北电力大学（河北）,动力工程,2004,硕士.
[45]江岚.现代园林植物造景意境研究——“点”空间植物造景初探[D].南京林业大学,城市规划与设计,2004,硕士.
[46]李军.540例口腔癌及口咽癌的临床病例分析[D].福建医科大学,口腔颌面外科学,2014,硕士.
[47]张灵舒.民生视域下当代中国贫富差距问题研究[D].牡丹江师范学院,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[48]姚小丹.农民工生计资本与返乡创业[D].山西师范大学,行政管理,2013,硕士.
[49]刘梦.酵菌素的安全性评价及其在生长猪生产中应用的研究[D].湖南农业大学,兽医,2012,硕士.
[50]刘惠.生物活性玻璃纤维的制备及基因转染研究[D].华南理工大学,材料学,2014,硕士.