焙烧法纯化多壁碳纳米管

自碳纳米管[1 ] 发现以来 ,已在世界范围内掀起了碳纳米管研究和应用的热潮 .其中一些文献报道了纯化单壁碳纳米管的方法 ,如超声波助滤法 [2 ] ,酸洗法 [3,4] ,微孔膜过滤法 [5,6] ,离心法[5] ,氧化法[5,7] ;另有少量文献报道了纯化多壁碳纳米管的方法 ,如氧化法 [5,8] ,石墨插层化合物纯化法 [9] 等 .本文使用焙烧法纯化实验室自制的多壁碳纳米管 .通过 TEM、XRD和比表面积等的测定 ,考察了不同焙烧时间的纯化效果 .采用催化甲烷裂解方法 ,在 6 0 0℃反应 4h制得多壁碳纳米管 ,粗产物收率接近 2 0 % .于干燥、洁净的坩埚中 ,分别称取 6…     

碳纳米管的纯化

目前制备碳纳米管的方法很多，然而这些方法所制得的产物中除碳纳米管外常常还含有无定形碳、碳纳米粒子及催化剂颗粒等杂质，这些杂质的存在直接影响到碳纳米管的性能测试及其应用研究，因此碳纳米管的纯化研究十分必要与重要。而不同制备方法所得碳纳米管的性质以及所引入的杂质都不相同，这就增加了碳纳米管纯化研究的难度。本文结合该领域研究前沿对碳纳米管的纯化机理及方法做了系统的介绍。     

碳纳米管的纯化──电化学氧化法

用电化学氧化法对碳纳米管进行纯化,从稳态极化曲线出发,对反应的可行性进行了分析,考察了支持电解质、电流密度、时间等因素对反应的影响,确定了最佳实验条件,同时对纯化机理进行了解释.     

CVD法制备单壁碳纳米管的纯化与表征

针对CVD法合成的单壁碳纳米管的特点提出了较为有效的纯化方法，并对纯化后碳管的存在形式进行了表征.结果表明,CVD法制备的单壁碳纳米管中所含的载体和催化剂绝大部分可以通过盐酸除去.在表面活性剂溶液中超声分散碳纳米管,可以使管与无定形碳及石墨状碎片进行有效的剥离.空气加热氧化法和稀硝酸回流法可有效地去除碳杂质,稀硝酸回流可以在纯化的同时对管的末端及侧壁进行功能化.     

聚乙烯醇用于碳纳米管的开口及修饰研究

在低温(250 ℃)下,用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)和提纯后的碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)的混合物在空气中加热,以研究聚乙烯醇对碳纳米管的修饰作用,并采用TEM对不同条件下所得的产物进行了形态分析.结果发现,碳纳米管的顶端被打开,随着时间的增加,弯曲的碳纳米管断裂成较短的碳纳米管.聚乙烯醇对碳纳米管的氧化及修饰在实验中得到证实.讨论分析了氧化和修饰机理,认为可能是聚乙烯醇在空气中分解所得的产物的一种或几种在氧化和修饰过程中起主要作用.     

多壁碳纳米管的纯化研究

采用正交实验法考察了硝酸浓度、加热温度和加热时间对多壁碳纳米管（MWCNs)粗产物纯化效果的影响;利用透射电镜（TEM）、X-射线粉末衍射（XRD）和磁化率测量对纯化产物进行表征;得到纯化实验的优化条件为：加热温度60℃,加热时间4h,硝酸浓度2mol/L。在优化条件下,纯化收率可以达到90%以上,绝大部分过渡金属可被除去。     

优化金属辅助法腐蚀液组分制备多孔硅

金属辅助化学腐蚀法可以在无外加电路的条件下,在40%HF/30%H2O2/乙醇的混合溶液中完成多孔硅的制备,该方法简单快速。本文研究了金属辅助法腐蚀液体系各组分(HF、H2O2、乙醇)含量对多孔硅表面的SiHx成分和多孔层结构的影响,根据Si-H和Si-O的红外吸收峰强度的变化曲线优化了腐蚀液体系中各组分含量。在腐蚀液各组分体积比为V40%HF∶V30%H2O2∶V乙醇=2∶2∶1和腐蚀时间为4 min的条件下制备了形貌均匀、化学活性(SiHx成分)和多孔结构稳定性较好的多孔硅,并对金属辅助法与阳极蚀刻法制得的两种多孔硅进行比较,结果显示金属辅助法制备的多孔硅的化学活性和稳定性在后续的生物技术应用中具有明显的优越性。     

AAO模板法生长碳纳米管阵列及形成机理研究

采用阳极刻蚀法制备得到多孔氧化铝模板(AAO)，通过在二茂铁苯溶液中浸润而后热解的方法，得到内壁附着纳米铁颗粒的AAO模板。用化学气相沉积(CVD)法在AAO模板孔内生长出两端开口的碳纳米管(CNTs)阵列。仅用盐酸浸泡就可除去CNTs表面上的催化剂颗粒，得到高纯的CNTs阵列。高分辨透射电镜(HRTEM)和拉曼图谱(Raman)表明CNTs具有很低的石墨化结构。通过对CNTs形貌和形成过程的剖析，认为AAO模板孔道的导向作用以及模板孔内壁催化剂铁颗粒大小分布不均是形成低石墨化碳纳米管的主要原因。     

CeO2助Ni/MgO催化剂用于化学气相沉积法制备多壁碳纳米管

以柠檬酸燃烧法制备的Ni/MgO,Ni/CeO2-MgO和Ni/CeO2为催化剂,CH4为碳源,采用化学气相沉积法制备多壁碳纳米管(MWCNTs),通过N2吸附、X射线衍射、H2程序升温还原和X射线光电子能谱对催化剂进行表征,并运用热重和透射电镜表征了碳纳米管的质量和形貌.结果表明,CeO2的加入可有效地降低还原温度和...     

碳纳米管表面的无钯活化化学镀镍研究

本文提出碳纳米管表面无钯活化的化学镀镍方法.碳纳米管经硝酸氧化和碱中和后表面生成羧基,利用羧基吸附镍离子,之后吸附的镍离子被化学还原为镍的纳米微粒并成为化学镀镍的催化活性中心.红外吸收光谱和电子显微镜观察等证实了上述活化过程的机理.实验表明,新的活化方法对碳纳米管表面化学镀是切实可行的,文中同时对化学沉积层的不同形貌进行讨论.     

催化剂活性组分及温度对化学气相沉积法制备碳纳米管的影响

通过XRD、DTA和TEM方法 ,研究了不同温度下催化剂活性组分Co和Ni对化学气相沉积(CVD)法制备碳纳米管的影响。结果表明 ,在最佳反应温度 ( 65 0℃ )下 ,碳纳米管在催化剂Co Al2 O3 上的产率为 45 7g 1 0 0g·cat,高于在Ni Al2 O3 上的产率 3 42g 1 0 0g·cat。XRD分析表明 ,相对于催化剂Co Al2 O3 ,在Ni Al2 O3 上制备的碳纳米管石墨化程度更高。当合成温度从 65 0℃增加到 75 0℃时 ,在催化剂Co Al2 O3 和Ni Al2 O3 上生成的多壁碳纳米管的 ( 0 0 2 )晶面的层间距分别从 3 45 和 3 42 减小到 3 3 9 和3 3 7 。进一步分析发现 ,在焙烧或催化反应过程中 ,Co、Ni与γ Al2 O3 之间存在相互作用且生成了新相物质 ,其衍射峰分别为 2θ=5 1 5 6°和 2θ=5 1 97°     

CVD法制备碳纳米管的TG-DTA研究--温度对CVD法制备碳纳米管的影响

基于碳纳米管粗产品中无定形碳和不同直径碳纳米管对氧的反应活性的差异,通过差热-热重(TG-DTA)方法,结合透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)的测试结果,研究了合成温度对以乙炔气体为碳源,用CVD法制备碳纳米管的石墨化程度、碳纳米管直径以及直径分布的影响.结果表明:反应中,由于催化剂Co/SiO2中活性组分(Co)微晶随合成温度的升高而增大,导致所制备的碳纳米管的直径增大,从20～30 nm(650℃)增加到30～50nm(750℃).碳纳米管的石墨化程度随着反应温度的升高而增加.XRD实验结果还表明,当合成温度从650℃增加到850℃时,2θ值从25.8°增加到26.8°,(002)晶面的层间距从3.45 A减小到3.32 A,即随着合成温度的升高,碳纳米管(002)晶面的层间距减小.通过DTA放热峰的峰温和半峰宽的分析得出,无定形碳的放热峰峰温Tp＜380℃,其含量随着温度的升高而减小.碳纳米管的DTA放热峰的峰温Tp随着碳纳米管的直径和石墨化的程度的增加而升高,半峰宽随着碳纳米管的直径的分布范围增大而增宽.低温(650℃)有利于生成直径小且均匀的多层碳纳米管(20～30nm),而高温(大于750℃)则有利于生成直径大的多层碳纳米管(大于30～50 nm).     

不同形貌碳纳米管的制备及其嵌锂性能研究

以乙炔作为反应气 ,用化学气相沉积法 (CVD)和模板法在不同温度 (60 0℃、70 0℃ )下制备了不同形貌的碳纳米管 ,并采用TEM ,HRTEM ,SEM ,XRD ,Raman和充放电实验方法研究其形貌、结构和电化学嵌锂性能 .结果表明 ,不同的制备方法及反应温度对碳纳米管的形貌、结构特征和电化学嵌锂性能均有明显的影响 .在制备的样品中 ,制备温度越低 ,样品的石墨化程度越差 ,可逆嵌锂容量相应越高     

飞秒激光改性玻璃微结构的化学腐蚀特性研究

采用飞秒激光改性-化学腐蚀的方法, 分别研究了3种典型玻璃的化学腐蚀性能. 通过测试材料的微观结构, 分析了不同材料的腐蚀速率与脉冲能量及腐蚀时间的关系, 从材料组成、显微结构及化学键特征讨论了玻璃改性-腐蚀机理. 结果表明, 飞秒激光改性后的碲酸盐和PbO硅酸盐玻璃不具有选择性腐蚀特性, 而石英玻璃的选择性腐蚀比高于40; 飞秒激光改性玻璃的选择性腐蚀特性与材料结构有关, 分子体积大、网络结构不紧密的材料不具有选择腐蚀特性.     

碳纳米管的快速糖基化及用于糖-凝集素特异性识别作用的研究

将含糖基的简单两亲分子N-十八烷基麦芽糖酰胺(N-n-Octadecyl-D-maltonamide, NOMA)非共价修饰到单壁碳纳米管(SWNT)表面形成糖-碳纳米管复合体(NOMA-SWNT), 谱学和形态学结果表明, NOMA不仅能快速、高效地吸附到SWNT表面, 而且能有效地改善SWNT在水溶液中的分散性能. 以NOMA-SWNT管束为导通沟道构建了碳纳米管场效应管(CNTFET)器件, 检测了麦芽糖和伴刀豆凝集素蛋白(Con A)的特异性识别作用. 检测器件在每个修饰阶段的电学性能的变化证明了NOMA对SWNT的非共价糖基化修饰及用CNTFET来检测糖-凝集素特异性识别作用的可能性.     

针尖化学方法研究单壁碳纳米管末端羧基的解离性质

针尖化学利用化学手段对扫描探针显微镜 ( SPM)的针尖进行功能化修饰 ,将其作为化学反应的“探针”用于研究表面的局域化学反应性质、跟踪表面发生的化学反应过程等 [1] .用针尖化学技术来研究自组装膜 ( SAMs)表面酸碱基团的局域解离性质 ,称之为化学力滴定 [2～ 8] .利用表面缩合方法将单壁碳纳米管短管组装到 AFM针尖上 ,通过测定针尖上碳纳米管的末端基团与羟基自组装膜表面之间的粘滞力 ,研究碳纳米管末端羧基的解离性质 ,可得到碳纳米管结构与化学性质的信息 .1　实验部分1 .1　碳纳米管针尖和羟基末端自组装膜的制备　基底 [Si( …     

纳米CaCO3负载过渡金属CVD法制备多壁碳纳米管的研究

以纳米碳酸钙粉体为载体,用浸渍法制备了可用于化学气相沉积(CVD)法制备碳纳米管的高产率催化剂.应用FESEM,HRTEM,TEM,XRD和激光拉曼谱对产物进行了表征.结果表明,由于纳米碳酸钙具有较大的比表面积,可高密度地承载催化剂活性组分.在碳纳米管生长初期,处于缓慢分解状态的纳米碳酸钙才能有效地起到载体作用,且反应温度为700～750℃时,碳纳米管的产率较高.Fe-Co双金属催化剂在700℃,催化生长60min后,可增重10倍,而且产物中无定形碳含量极少.纳米碳酸钙载体易于提纯,用质量分数为30%的硝酸超声提纯粗产品1h,可使纯度提高到97%,且不破坏碳纳米管结构.     

碳纳米管阵列电极的构建及电化学研究

本文提出一种改进的氧化铝模板法制备碳纳米管阵列电极:首先结合气相化学沉积和磁控溅射在氧化铝模板中制得碳纳米管阵列电极,然后用HF溶液将沉积了碳纳米管的氧化铝模板阻挡层除去,控制溶出时间即可得到不同溶出长度的碳纳米管阵列电极.循环伏安测试表明,锂离子在该阵列电极中的嵌入脱出反应主要发生在碳纳米管的端口处.此外,还应用固定频率交流阻抗法,研究了不同溶出时间的碳纳米管阵列电极的电容性质.     

用于气体传感器的多孔硅的制备方法研究

分别采用化学刻蚀法、电化学腐蚀法和铂助腐蚀法在室温下制备了应用于气体传感器的纳米级多孔硅,并且对其表面形貌及厚度进行了表征。结果表明,3种方法制备的多孔硅孔径从5～100nm不等,并且3种制备方法各具优缺点,可根据实际需要来选择合适的制备方法。     

磷化钴/多壁碳纳米管的制备及电催化性能研究

不断增加的能源需求和环境污染危机推动了替代高效能源转换和储存技术的广泛研究。电催化分解水具有潜在的应用前景,其可以利用电能获得清洁无污染的氢能。鉴于此,本论文通过不同浓度KOH浸泡超声的多壁碳纳米管(MWNT_S)作为基底,CoCl₂溶液为反应液,运用水热与固体磷化法得到负载有CoP的多壁碳纳米管材料。通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、冷场发射扫描电子显微镜(SEM)、比表面及孔隙度分析(BET)对复合材料的晶型、形貌和比表面积进行了分析;通过电化学工作站对其相关电学性能进行了测试。实验结果表明在浓度为1 mol·L^-1 KOH浸泡的碳纳米管吸附的CoP含量最高(CoP-MWNTS-1.0),且电催化性能最佳,其在10 mA·cm²的电流密度下过电势为196 mV,Tafel斜率为231.07 mV/dec。