碳纳米管及其复合材料的合成与表征

论文摘要

碳纳米管独特的中空结构,大的比表面积,使其成为理想的载体材料。然而,难溶于绝大多数的溶剂和自身的化学惰性限制了它在载体方面的应用。为消除这些限制,最常用的方法是用强氧化剂氧化碳纳米管,使碳管的表面生成羟基或羧基等含氧官能团。然而,对碳管进行氧化处理会“剪断”或“剪开”碳管,从而改变其原有的结构,影响其原有的性能。为此,我们希望一步合成出表面官能化的碳纳米管,而不需要额外的处理。然后以此碳纳米管为载体,将三种贵金属纳米颗粒(Au、Ag、Pt)和半导体纳米颗粒(ZnS)沉积在碳管表面,得到贵金属/碳纳米管和ZnS/碳纳米管复合材料。具体内容如下:1.我们首先采用溶剂热法,在低温下一步合成出表面羧基化的无定形碳纳米管。实验中,二茂铁甲酸既是碳源又是催化剂前驱体。实验结果显示,四氯化碳和二硫化碳对碳纳米管的形成至关重要。四氯化碳起到传递碳原子的作用,二硫化碳充当助催化剂。红外光谱显示碳纳米管的表面含有大量的羧基,这与我们希望的结果一致。由于反应温度较低,故制备得到的碳纳米管为无定形结构。结合实验结果,我们对碳纳米管的形成机理进行了探讨。2.在表面官能化的无定形碳纳米管上沉积金、银、铂纳米颗粒,得到贵金属/无定形碳纳米管(ACNTs)复合材料。以乙二醇为还原剂和溶剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂。研究发现,PVP和贵金属盐的用量直接影响颗粒的尺寸和分布率。用循环伏安法研究Au/ACNTs复合材料的电化学性质,结果表明其对水合肼的氧化具有良好的电催化活性。3.以二水合醋酸锌为锌源,硫代乙酰胺为硫源,采用光化学合成法制备了ZnS/ACNTs复合材料。ZnS纳米颗粒的尺寸和分布率可以通过调节反应参数来控制。研究发现,产物ZnS/ACNTs复合材料在紫外光下,对甲基红、甲基蓝、曙红三种染料的光降解均有催化作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 碳纳米材料的研究进展
• 1.1 引言
• 1.2 碳纳米材料的分类
• 1.3 富勒烯概述
• 1.4 碳纳米管的概述
• 1.5 石墨烯概述
• 1.6 立题依据及主要研究工作
• 参考文献
• 第二章 一步合成表面羧基化的无定形碳纳米管
• 2.1 引言
• 2.2 碳纳米管（CNTs）的制备与表征
• 2.3 反应机理的研究
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 贵金属/无定形碳纳米管复合材料的制备和性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 Noble metal/ACNTs 复合材料的制备与表征
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.4 Au/ACNTs 复合材料的紫外吸收测试
• 3.5 Au/ACNTs 复合材料的电化学性能
• 3.6 Pt/ACNTs 复合材料和 Ag/ACNTs 复合材料
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 第四章 ZnS/ACNTs 复合材料的光化学制备和光催化应用
• 4.1 引言
• 4.2 ZnS/ACNTs 复合材料的制备与表征
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 性能测试
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢