REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Nanostrukture kovinskih oksidov in sulfidov predstavljajo skupino materialov, uporabnih v številnih aplikacijah, njihov razvoj pa še vedno poteka. Njihova sinteza, vključno s sintezo novih kompleksnih struktur in morfologij, je v nanoznanosti deležna velike pozornosti in zanimanja. Na tem področju so se reakcije ionske izmenjave izkazale kot obetavna strategija za sintezo novih ionskih nanomaterialov, ki omogoča natančen nadzor nad fazo in morfologijo. Področje ionske izmenjave v trdnem stanju se konstantno razvija, z nenehnimi odkritji novih mehanizmov in pojavov, ki prispevajo k izboljšanju lastnosti sintetiziranih materialov.
Poudarek te doktorske naloge je bil na sintezi nanostruktur kovinskih oksidov, natančneje CuO nanožic, kot modelnega materiala in njihovi uporabi za raziskave transformacije anionskih izmenjav kot potencialnega mehanizma za sintezo novih materialov. Izbira CuO nanožic kot modelnega materiala je idealna zaradi njihove enodimenzionalne oblike, ki poenostavlja preučevanje faznih transformacij. Zaradi tega so ultratanke nanožice zaželene za raziskovanje transformacijskih procesov. Sinteza CuO nanožic je bila dosežena s termično oksidacijo bakra. Metoda je zelo preprosta, vendar je mehanizem rasti nanožic precej zapleten in še ne dodobra raziskan. Prvi del naloge je bil tako namenjen preučevanju mehanizma termične rasti CuO nanožic. Ugotovljeno je bilo, da nanožice izvirajo iz dvojčičenih CuO zrn, saj oksidacija najhitreje poteka na dvojčični meji na površini zrn. Med samo oksidacijo se spodnji deli nanožic zakopljejo v CuO plast, ki se formira pod nanožicami. Rast nanožic in oksidnih plasti je bila podprta z razvitim teoretičnim modelom. Z nadaljnjimi raziskavami je bila ugotovljena tudi optimalna oksidacijska temperatura za pridobivanje CuO nanožic z minimalnimi premeri, ki je znašala malo pod 200 °C. Korelacija med premerom nanožic in temperaturo pa je bila razložena z modeliranjem procesov nukleacije.
Po sintezi CuO nanožic so bile te termično sulfurizirane v fazni transformaciji oksida v sulfid. Nastale sulfidne nanostrukture so morfološko in fazno odvisne od razpoložljivosti bakrovih kationov, ki sodelujejo v reakciji. Ko so nanožice izolirane, z omejeno količino bakra, ki lahko sodeluje v sulfurizaciji, nastanejo votle enodimenzionalne CuS strukture. Če pa so nanožice med sulfurizacijo še vedno pritrjene na substrat, s katerega so zrasle, neomejena dobava bakra iz substrata povzroči nadaljnjo rast nanožic v večje Cu2S strukture. Ta zanimiv pojav je bil podprt tudi s teoretičnim modeliranjem.
Preiskava faznih transformacij v CuO nanožicah je bila razširjena z uporabo mikrovalovne plazme kot sulfurizacijskega medija. Uporaba plazme je omogočila spremembo dimenzionalnosti s preoblikovanjem nanožic v dvodimenzionalne CuS strukture. Predlagani mehanizem te transformacije je omogočil dragocen vpogled v edinstvene procese, ki se pojavljajo v plazemskem okolju, in njihov potencial v reakcijah anionske izmenjave.
Rezultati te doktorske naloge prinašajo nove odgovore o mehanizmih rasti in faznih transformacij v nanožicah bakrovega oksida ter ponujajo dragocen vpogled v procese na nanometrski skali. Razumevanje mehanizma rasti nanožic bo dodatno pripevalo k razvoju in uporabi nanostruktur bakrovega oksida. Poleg tega odpirajo opisani pojavi in mehanizmi procesov ionskih izmenjav nove načine za sintezo materialov preko reakcij faznih transformacij, hkrati pa predstavljajo velik doprinos k temeljnim znanstvenim spoznanjem.