納米結構ATO和復合材料的制備及其電化學特性.pdf

1、銻摻雜氧化錫(antimony doped tin oxide，ATO)是一種半導體材料，也是一種淺色導電填料，具有優良的導電性及穩定性、良好的耐候性、耐高溫性、化學穩定性、光學性能和機械磨損性能，在平面顯示器、太陽能電池、鋰離子電池、電磁屏蔽材料和氣敏傳感器等眾多領域有廣泛的應用前景。目前，關于Sb摻雜量和焙燒溫度等工藝條件對ATO電導率的影響還沒有統一的認識，ATO的新應用還有待進一步挖掘，深入研究ATO的結構、性能和導電機理，探索

2、優化制備條件對殲拓新應用具有重要的現實意義。
　　 國內外主要側重于氣相法制備ATO納米材料，該法設備相對昂貴，不適合大規模作業?；瘜W共沉淀法克服了以上缺點，具有經濟、簡單、可規?；a的特點。本文采用化學共沉淀法制備ATO納米顆粒，通過水熱法合成了具有一維納米結構的ATO，研究了制備工藝條件對ATO顆粒和納米棒結構及性能的影響規律，制備了色淺、高電導率的納米結構ATO。探索了ATO在導電復合材料中的應用，成功制備了ATO/EV

3、A及ATO/PI導電復合材料。制備了復合催化劑Pt-ATO/C，在直接甲醇燃料電池陽極催化劑中表現出了良好的催化活性，為制備高效催化劑探索了一條新途徑，對DMFC的市場化應用具有較大的實際價值。主要內容包括：
　　 1.采用化學共沉淀法制備了ATO納米顆粒，研究了sb摻雜量、焙燒溫度、反應溫度、反應終點pH值和后處理過程等工藝條件對ATO結構和性能的影響，對全面了解ATO的導電機理具有重要的指導意義。運用X-射線衍射(XRD)、

4、熱重分析(TG)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對其結構進行了表征，結果顯示：Sb摻雜量和焙燒溫度對ATO的結構和性能影響較為顯著，隨著摻雜量的提高，ATO的特征衍射峰逐漸寬化，峰尖銳程度逐漸變弱；晶粒粒徑逐漸減??；色澤逐漸加深；體積電阻率逐漸降低，摻雜量在5％時達到最小值，之后又逐漸升高。隨著焙燒溫度的提高，ATO的特征衍射峰半峰寬逐漸變小，峰形逐漸尖銳；晶粒粒徑逐漸增大；色澤逐漸加深；體積電阻率逐漸降低，當焙燒溫度為600℃

5、時達到最小值，之后又逐漸升高。
　　 2.運用水熱法制備了ATO納米棒簇，探討了反應物濃度和反應時間等工藝條件對納米棒長徑比的影響。利用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)等對納米棒結構和形態進行了表征。并對納米棒的生成機理進行了論述。得出如下結論：隨著反應物濃度的升高，ATO納米棒的直徑和長度同時增大，長徑比基本不變。隨著反應時間的延長，ATO納米棒的直徑基本不變，長度逐漸增大，納米棒逐漸呈分散狀態。

6、水熱法得到的ATO電阻率較高，為100Ω·cm左右，而共沉淀法得到的ATO經過高溫煅燒階段，電阻率較低，為2.3Ω·cm左右。
　　 3.利用熔融共混法和溶液共混法制得了ATO/EVA復合薄膜，運用紫外-可見光譜(UV-Vis)、掃描電鏡(SEM)對復合材料進行了表征，分析認為溶液共混法得到的復合材料中ATO分散更加均勻，機械性能更好。隨著ATO添加量的增加，體積電阻率迅速下降，當添加量為15％時，ATO/EVA的體積電阻率降到

7、105Ω·cm以下，成為導電材料。由此可見，ATO是良好的淺色導電填料，可以制備性能良好的導電復合材料，對ATO在導電復合材料中的廣泛應用具有指導意義。
　　 4.聚酰亞胺是一種介電常數高、耐溫性好的高分子材料，合成過程需經過高溫環化。而ATO的生成也是將前驅物經過高溫煅燒所得。運用原位聚合方法直接將ATO前驅物添加到基體中，并和添加ATO所得復合材料對比發現，ATO前驅物在PI環化過程中結晶，減弱了ATO的團聚，改善了ATO在

8、PI基體中的分散，提高了復合材料的機械性能。
　　 5.將ATO代替SnO2，利用化學共沉淀法和多元醇還原法合成了Pt-ATO/C復合催化劑，并運用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)和透射電鏡(TEM)對催化劑的組成和結構進行了表征。結果顯示：ATO在直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極催化劑中表現出了良好的催化活性和穩定性，正向掃描時催化劑Pt-ATO/C的峰電流為8.9 mA cm-2，高于商用催化劑