Aplikacije Silver nanožic na preglednih dirigente film in elektrode za elektrokemijsko Capacitor

- Mar 06, 2017 -

Povzetek

Silver nanožic ima potencialne aplikacije na pregleden prevodnega filma in elektrode elektrokemično kondenzator zaradi svoje odlične prevodnosti. Prozorna vodenje film (G-film) smo pripravili s prevleko srebro nanožice na stekleno podlago z Meyer metodo palice, ki so imele boljše rezultate kot ogljikov nanocevke in plasti grafena. Prevodnost G-filma lahko izboljšamo s povečanjem temperature sintranja. Elektroda elektrokemične kondenzatorja (I-film) je bila narejena po isti metodi z G-filma na indij kositrovega oksida (ITO). CV krivulje I-filma v skladu z različnimi stopnjami skeniranje imel očitne redoks vrhov, ki so pokazali, da sem filmsko razstavljene odlične elektrokemično delovanje pseudocapacitance in dobro reverzibilnost med postopkom polnjenja / razrešnice. Poleg tega smo specifično kapacitivnost I-folije merjena s galvanostatic poskusih polnjenja / odvajanjem, kar kaže, da I-folija izkazuje visoko posebno kapacitivnosti in odlično elektrokemijsko stabilnost.

1. Uvod

V zadnjih letih, plemenite kovine nanomateriali, zlasti srebro nanomaterial postala središče raziskav zaradi njihove edinstvene fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi, ki je bila pogosto uporablja v katalizi [ 1 ], optično, električno [ 2 , 3 ] in antibakterijsko [ 4 ] področja. Med temi različnimi srebrnih nanostruktur, je nanožic pritegnil intenzivno sile zaradi visoke dc prevodnost in optične prepustnosti. Kot optoelektronske naprave postali manjši in lažji, se povečuje potreba po učinkovitih preglednih elektrode. Najpogostejši material prozornih elektrod indij kositrovega oksida (ITO); Vendar pa ITO ne morejo slediti z razvojem optoelektronskih naprav zaradi svoje visoke stroške, krhkosti in kritično postopkom priprave. Čeprav so ljudje poskušali uporabiti drugih materialov za proizvodnjo pregledne elektrode, kot so ogljikove nanocevke (CNT) [ 5 - 8 ], plasti grafena [ 9 - 11 ], in ki opravlja polimerov [ 12 - 14 ], je problem, da kako doseči razmerje prepustnost odpornosti stanja (RS) kot visoko, kot ITO še ni mogoče rešiti. Zato je veliko skupin dal prizadevanja na kovinskih nanožic, zlasti srebra nanožic. Leem sod. [ 15 ] so začetnice srebro nanožice kot elektrode v sončnih celicah in prepustnost od tega je bilo 89,3% z nizkimi romov / M². Od takrat so bili srebrni nanožic filmi narejena s tehniko rod-prevleko [ 16 ] in metode sterilizacija-prevleko [ 17 ]. Zato lahko, srebro nanožice se uporablja kot nadomestek za ITO v prihodnosti. Da bi še dodatno zmanjšali RS za srebro nanožice filma, Bergin et al. [ 18 ] raziskali učinke dolžino in premerom srebrnih nanožic na njihove lastnosti. Daljši nanožice lahko za posledico nižje Rs zaradi manj povezav med nanožic. Zato je priprava ultralong nanožic je nujno vprašanje. Poleg povečanja dolžine nanožice za izboljšanje njihovih lastnosti, Hu sod. uporabiti mehansko stiskanje metoda za zmanjšanje odpornosti križišč, kar lahko povezava srebrnih nanožic bližje vodilni na povečanje prevodnosti [ 19 ]. Ugotovili so tudi, da je prevleka zlato na filmu učinkovit način, ki lahko površina srebrovega nanožice gladko vodi do zmanjšanja odpornosti križišča. Zhu et al. [ 20 ] uporabili zdravljenje plazmi za odstranitev polimera prevlečena na površini srebrovega nanožice in privarjena na križiščih, izboljšanje učinkovitosti srebrovega nanožic filma. Vendar pa je velika kontaktni upor internanowires vedno obstaja omejitev razvoja srebrnih nanožic filmov v optoelektronske in elektronskih naprav.

Poleg tega lahko srebro nanožice lahko uporablja tudi kot elektrod elektrokemično kondenzator. Transparent kondenzatorji imajo potencialno uporabo za shranjevanje energije [ 21 - 23 ]. Sorel sod. [ 24 ] pripravila pregledno kondenzator by-spray prevleko srebro nanožice na polimernih filmov, ki so razstavljene kondenzator lastnosti z 1,1 UF / cm2. Vendar pa v primerjavi z drugimi elektrod kondenzatorja je bila specifična kapacitivnosti precej nižja. Pan sod. [ 25 ] je pokazala, da nanostrukturo pred elektroda je pokazala odlične elektro lastnosti, in srebro nanožice lahko oksidira, da Ag 2 O oblikovanju AG / Ag 2 O core-shell nanostrukture med elektrokemično procesa [ 26 ]; Zato, srebro nanožice je veliko obeta elektrokemične kondenzator.

V tem prispevku smo pripravili dolge srebrne nanožice s preprosto metodo, navedeno v prejšnjem delu. Na podlagi tega, pregleden prevodna folija (G-film) in elektroda elektrokemični kondenzator (I-film) so izdelani s prevleko srebro nanožice na steklo ali ITO, in ki so raziskovali njihove značilnosti. je bil obravnavan odnos med pretokom in R v G-filma. Prevodnost G-filmov smo izboljšali z naraščajočo temperaturo sintranja. S pomočjo ciklovoltmetrije in galvanostatic zadolžen / poskusih izpustov, smo preučevali lastnosti kondenzator I-filma, kar kaže, da ima srebro nanožice visoke in stabilne elektrokemijsko kapaciteto, ki se lahko uporablja kot material elektrode elektrokemično pseudocapacitance.

2. Eksperimentalni

Srebrov nitrat (Agno 3 99 +%), natrijev klorid (NaCl), etilen glikol (EG), koncentrirano žveplovo kislino (H 2 SO 4) in vodikov peroksid (H 2 O 2), so bili vsi kupljeni od Nanjing Chemical Reagent Co. je bil doo polivinilpirolidon (PVP, K88), kupljene od Aladdin. Indija tin oksid (ITO) je bila kupljena od Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd.



Na morfologijo in energija razpršena Spektrometer (EDS) srebra nanožic so bile izmerjene z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM) (Sirion, ZDA). RS srebra nanožic filma smo izmerili s tehniko štiri sonde z izvorno meter KEITHLEY 2701. UV-vis spektre smo posneli z optičnimi spektrometer (PG2000, Ideaoptics Technology Ltd, Šanghaj, Kitajska). Elektrokemični kapacitivnost last srebrno nanožic elektrode se raziščejo z ciklovoltmetrije (CV) in galvanostatic zadolžen / meritve praznjenja uporabljajo za elektrokemično delovno postajo (CHI 760D, CH Instruments Co, Ltd).

2.1. Priprava Silver nanožic

Srebro nanožic smo pripravili po metodi, so poročali v prejšnjem delu [ 27 ]. V vsakem sintezi, smo l ml EG raztopino Agno 3 (0,9 M) in 0,6 ml EG raztopino NaCl (0,01 M) dodamo v 18,4 ml EG raztopino PVP (0,286 M). Nato zmes refluktirali pri 185 ° C 20 minut. Po zgoraj navedenih postopkih smo presežek PVP in EG odstranimo z dodatkom deionizirane vode centrifugiranjem pri 14000 obratih na minuto za 10 minut, 3-krat.

2.2. Postopek Silver filmov na steklo in ITO

Substrati steklo in ITO smo obdelali z raztopino zmesi koncentrirane žveplove kisline in vodikovega peroksida v skladu z ultrazvokom 30 minut, kar lahko bi jih hidrofilna. V tem primeru se lahko enotna filma dobiti. Srebro nanožice smo obložili na steklo ali ITO substrata z zdravljenjem s pomočjo Meyer palico, nato pa segrevamo pri 150 ° C za 20 minut. Film pridobljeno na steklenem substratu je bil imenovan G-film. Vzorci 1 do 5 so G-filmi, ki so izdelani z 2 mm, 1,75 mM, 1,5 mm, 1 mm in 0,5 mM raztopina srebra nanožice oz. Film pridobljena na ITO bil imenovan I-film. Dve vrsti filmov imajo drugačne lastnosti zaradi različnih substratov.

3. Rezultati in razprave

3.1. Morfologija Silver nanožic filma

Kot je prikazano na sliki 1 , je enotna srebro nanožice filmsko pripravili ob uporabi Meyer palico. Dolžina večine srebrovega nanožice presega 5 μ m, ki je dovolj dolgo, da se priključi na omrežje. Vložek na sliki 1 je srebro nanožic koloidi. Barva srebrnih koloidov je rumenkasto belo, podobno visoko prečiščenih srebro nanožice koloidi, pridobljenih po filtraciji s prečnim tokom [ 28 ]. Priprava visok donos in dolgih srebrnih nanožic so preučevali številne skupine; Vendar pa ti reakcijski procesi so ponavadi zapleteni ali težko nadzorovati [ 29 , 30 ]. Brez fino nadzor reagentov koncentracij in proces rasti, dosežene srebro nanožice so vedno na nizki donos, ki ga spremlja velike količine stranskih proizvodov, kot so nanocubes ali nanospheres raste iz izotropne semen, ki vpliva na lastnosti srebra nanožic filmov.

3.2. Transparent Vodenje Film

Optična prepustnost na velikem območju valovnih dolžin je pomembna lastnost za pregledno in prevodnega filma. Slika 2 , kaže transmitance G-filmov z različnimi debelinami, ki so bili izdelani na steklenih substratih z različnimi koncentracijami srebra nanožic. Prepustnost vzorca 1 je 13%, kar je zelo nizka. Ko je koncentracija zmanjšala od 2 mm 0,5 mm, prepustnost vzorcev je pokazala večjo nagnjenost dosegla 31%, 58%, 62% in 65%, v tem zaporedju. Poleg tega lahko vidimo na sliki 2, ki transmitance G-filmov vodi stabilne v bližnji infrardeči regijah, kar je pomembno za sončne celice. Vendar pa je prepustnost ITO zmanjšalo od 1100 nm opisanega njegove plazmonsko resonanco vrh pri 1300 nm [ 19 ]. Prevodnost G filmov vpliva tudi debeline filma. Kot je prikazano na sliki 2 , s povečanjem debeline, je Rs G-filma kapljice.

Kot je bilo omenjeno v uvodu, je velik problem, da se zmanjša odpornost križišču srebra nanožic filma. Ugotovili smo, da je povečevanje temperature sintranja sicer lahka in učinkovit način za izboljšanje prevodnost srebrovega nanožic filma. Kot je prikazano v tabeli 1 , ko je bila temperatura sintranja 150 ° C, je bilo v romov vzorca 4 / m². Povečanje temperature sintranja do 200 ° C, se Rs padla na / m². Ker je bila PVP prevlečene na površini srebra nanožic razgradimo delno pri 200 ° C, se lahko površine srebra nanožic povežejo vodi k višji prevodnosti [ 31 ]. Poleg tega pri 200 ° C, lahko nekatere srebro nanožice spojeni. Ko je bila temperatura sintranja 250 ° C, smo PVP skoraj odstranimo in večina križiščih med srebrnih nanožic smo staljen posledica nižjih Rs z / sq, kar je razvidno na sliki 3 (a) . Ko je bila temperatura sintranja 300 ° C, čeprav so nekateri srebra nanožic razpadla, še bila filmska prevodna mreža z nižjimi Rs ( / sq) je prikazana na sliki 3 (b) . Vendar, ko je tanjša vzorec 5 sintrali pri 300 ° C, je bilo veliko srebro nanožice razdeljena vodi do neprevodnega filma, ki jih lahko vidimo na sliki 3 (d) . Pri 400 ° C so bile srebrne nanožice iz vzorca 4 skoraj razpadla (na sliki 3 (c) ). V skladu z ( 1 ) [ 20 ], lahko izračunamo ki lahko oceni uspešnost pregleden prevodnega filma, višji pomeni višje razmerje med pretokom v RS. vzorca 4 po obdelanega pri 300 ° C je bil 116,5, ki je višja od tiste, ogljikovih nano-cevk [ 32 , 33 ] in Graphene [ 34 ]. Zato, G-filmi imajo potencialno uporabo na optoelektronskih naprav:

3.3. Elektroda elektrokemijsko Capacitor

Ciklična voltametrija se uporablja za oceno elektrokemijske lastnosti I-folije. Vsi ti elektrokemijske meritve izvedli v 1,0 M KOH uporabi sistema tri elektrode. Slika 4 je pokazala CV krivulje I filmsko elektrodo pri hitrosti skeniranja 10 do 100 mV y -1. CV krivulja I filmsko eksponatov vsekakor različni kapacitivni lastnosti iz električne dvojne plasti kapacitivnosti, ki ima pravokotno CV krivulje. Prepoznavna redoksi vrh je razvidno iz slike 4, v uporabi potenciala od -0.5 do 0.5 V primerjavi Hg / HgO izhaja iz redoks reakcije med Ag in O [Ag 2 35 ] opisan kot ( 2 ). Kapacitivnost I-folije z različno hitrostjo skeniranja lahko ocenimo s področja zaprtega kroga. Spremembe kapacitivnosti na različnih stopnjah skeniranje posledica, ki pri nizkih skeniranju; difuzijo ionov skozi reakcijski sistem je neomejeno vodi v popolno uporabo srebrovega nanožice kot elektroda, medtem ko pri visokih skeniranju, kapacitivnost opravlja dvojno plast ali ne-Faradic vedenje, tako da je srebro v celoti ne oksidira ali znižane za posledico zmanjšanje od kapacitivnosti [ 36 ]. kažejo rezultati, ki sem filmsko kaže odlično elektrokemično delovanje pseudocapacitance in dobro reverzibilnost med postopkom polnjenja / praznjenja:

Ponavadi, srebro doživi obrnil redoks v alkalnem stanju. V prvem koraku se Ag elektrokemično oksidiran Ag 2 O jih , Pri čemer molekule vode in dva elektrona. V nasprotna smeri, je molekula vode ločimo in , Tako da se Ag 2 O lahko zmanjša na Ag jih odhodu . Kot rezultat so srebro nanožice preoblikuje Ag / Ag 2 O core-shell nanostrukture kot sliki 5 (a) je pokazala. Za odkrivanje proizvodnjo Ag 2 O med procesom, je bila izvedena EDS z velike točkovno (približno 5 μ m). Na sliki 5 (b) , lahko vidimo odstotke elementov. EDS spekter razstavljena, da je razmerje med atom Ag in O najmanj dva. Razlog za to je, da so vir kisika iz Ag 2 O in PVP, ki se nanaša na površini srebra nanožic in jedro srebra nanožic še Ag element. Tako je rezultat poskusa je v skladu s teorijo in kaže v obliki Ag 2 O / Ag core-shell nanostrukture med postopkom polnjenja / razrešnice.

Obstaja linearna povezava med stopnjo skeniranja in odziva toka v skladu z ( 3 ) [ 37 ], kjer je trenutni pretok (mA); je kapacitivnost; je stopnja ciklovoltmetrije skeniranja. Zaprta površina ciklovoltmetrije krivuljo lahko uporabimo za oceno elektrokemijsko kapaciteto. Posebni kapacitivnost se meri z uporabo ( 4 ), kjer je je površina aktivne snovi (cm 2):

Galvanostatic poskusi so polnjenje / praznjenje se izvajajo na potencialnem oknu od -0,5 do 0,5 V, naj preuči specifične kapacitivnosti I-filma. Slika 6 prikazuje galvanostatic krivulje polnjenja / praznjenja z I-filma pri gostoti toka od cm -2 0,5-6 mA. Kot tabeli 2 so pokazali, posebno kapacitivnost I-filma povečal od 42,2 do 41.76 MF / cm2, ko je gostota toka povečala od 0,5 do 3,0 mA / cm2, kar je le 1% razpad. Vendar pa je specifično kapacitivnost I-filma močno padla na 27 mF / cm 2 pod 6,0 mA / cm2. Razlog za to je, da veliki rezultati gostota toka v krajšem času redoks med Ag / Ag 2 O, tako da imajo ioni ni dovolj časa za posredovanje iz elektrolita in interfazno [ 26 ]. Poleg tega je površina nanožic zajete PVP, ki imajo prav tako vplivajo na stopnjo polnjenja / razrešnice [ 38 ]. Slika 7 predstavljeni da lahko hramba kapacitivnost I-film pri gostoti toka 6 mA / cm2 dosegli 94,2% od začetne vrednosti po 100 ciklih. Kot rezultat, sem filmsko elektroda ima dobro stabilnost med zveznih ciklih.

4. Sklepi

G-film in I-film so bili izdelani s prevleko srebro nanožice na steklu in ITO, oz. Prepustnost G-folije povečala z zmanjšanjem debeline G-filma in prevodnost je mogoče izboljšati s povečanjem temperature sintranja pripisati nedosegljive PVP in zvara na križiščih srebra nanožic. Rezultati so pokazali, da je G-folija višje razmerje prepustnostjo do Rs kot ogljikovega nanocevke in Graphene, ki je obetavno zamenjava ITO uporabljajo v optoelektronski območjih. Poleg tega so imeli CV krivulje I-filma v skladu z različnimi stopnjami skeniranje očitne redoks vrhov, ki kažejo na dobro delovanje elektrokemično pseudocapacitance in dobro reverzibilnosti med postopkom polnjenja / razrešnice. Preko galvanostatic poskusih polnjenja / odvajanjem, lahko vidimo, da je specifična kapacitivnost I-filma je odvisna od gostote električnega toka, in da filmsko izkazuje visoko elektrokemično stabilnost. Na nizko gostoto toka, lahko razpad specifične kapacitivnosti prezreti medtem ko je pri visoki gostoti toka, specifična kapacitivnost gnila dramatično zaradi kratkega časa za difuzijo ionov. Zato, srebro nanožice imajo velik potencial uporabe v optoelektronskih naprav.

Navzkrižje interesov

Avtorji izjavi, da ni navzkrižja interesov v zvezi z objavo tega prispevka.

Zahvala

To delo je podprto z NSFC pod Grant št. 61307066, doktorska sklad Ministrstva za šolstvo Kitajske pod Grants nos. 20110092110016 in 20130092120024, Natural Science Foundation province Jiangsu pod Grant št. BK20130630, National Temeljni raziskovalni program Kitajske (973 Program), v okviru Grant št. 2011CB302004 in Fundacijo Key Laboratorij za mikro inertne instrumenta in Advanced Navigation tehnologijo, Ministrstvo za šolstvo, na Kitajskem, v skladu Grant št. 201.204.



Par:Prevodni Črnila V letu 2017: naslednji veliki stvari Naslednji:Silver nanodelcev