二茂铁催化制备CNx纳米管的研究

采用浮动催化法,选用二茂铁做催化剂,在800 ~1040℃热解乙二胺/二茂铁前驱液制备CNx纳米管对不同温度下制备出的CNx纳米管进行了透射电镜观察、拉曼光谱研究以及产量统计,结果表明,二茂铁催化制备出的CNx纳米管具备较均匀的“竹节状”结构,并随制备温度的升高, CNx纳米管的平均直径增大,结晶有度提高,产量也增加.X射线光电子谱测试分析进一步验证了纳米管中氮原子的掺杂.还对CNx纳米管生长过中二茂铁的催化机理进行了探讨.     

不同催化剂对热解法制备CNx纳米管的影响

利用铁、钴、镍以及二茂铁为催化剂在高温下热解乙二胺制备CNx纳米管,研究了不同催化剂对CNx纳米管的形貌、结构及产量的影响,并对其催化机理进行了初步讨论.二茂铁和铁催化都能制备出“竹节状”结构的CNx纳米管,但产量较低.钴催化生成CNx纳米管多弯曲,管壁多褶皱,产量较高.镍催化只生成了直径500nm左右的螺旋管.拉曼光谱研究进一步表明,二茂铁催化生成“竹节状”结构CNx纳米管由于氮的掺杂程度相对较高而结晶有序度较低.     

二茂铁在高温热解乙二胺制备CN_x纳米管过程中的催化性能研究

采用高温热解法 ,以二茂铁 乙二胺有机溶剂为前驱液制备CNx 纳米管过程中 ,改变前驱液配比 ,对 86 0℃ ,不同二茂铁含量条件下制备出的CNx 纳米管进行了产量统计、形貌结构观察和拉曼光谱研究。结果显示 :随着前躯液中二茂铁含量的相对增大 ,不但CNx 纳米管产量随之增加 ,而且产物中“竹节状”结构纳米管相对“中空”结构纳米管的比重也增大 ;拉曼光谱结果进一步证实了由于“竹节状”结构CNx 纳米管的含量或比重增加所带来的纳米管样品整体或平均含氮量的升高而导致的样品结晶有序程度的降低。对单独钴粉和二茂铁催化条件下生成CNx 纳米管的形貌观察进一步证实 :二茂铁在热解法制备“竹节状”结构CNx 纳米管过程中的浮动催化作用显著 ,有利于实现含氮量较高、结构均匀的CNx 纳米管的可控制生长。     

硼碳氮纳米管的热解法制备及生长机理研究

以乙二胺、二茂铁和硼氢化钠为原料,以N2和H2为辅气,用钴作催化剂,在不同温度下制备出了具有竹节状结构的硼碳氮(BCN)纳米管.根据透射电子显微镜观察,分析了BCN纳米管的生长机理.B和N的同时掺杂,所形成的五边形结构比单独N掺杂时具有更低的形成能,是竹节状结构形成的主要原因.用Raman光谱可以用来表征BCN纳米管中B和N的掺杂程度及纳米管的质量.分析表明,在860℃下制备的BCN纳米管竹节状结构最密集,质量最好,产率最高.扫描俄歇微探针分析表明,在860℃下制备的BCN纳米管的元素组成比为B∶N∶C= 关键词： BCN纳米管 热解 透射电子显微镜 Raman光谱     

CNx纳米管的制备、结构观察及低场致电子发射性能研究

采用高温热解法 ,以乙二胺为前驱液 ,在沉积有铁催化剂的p型硅 (1 1 1 )基底上制备出了定向生长的CNx 纳米管 .利用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱对CNx 纳米管进行了形貌观察和表征 .CNx 纳米管的高度在 2 0 μm左右 ,直径在 5 0— 1 0 0nm之间 ,具有明显的“竹节状”结构 ,结晶有序度较差 .对CNx 纳米管薄膜进行低场致发射性能测试 :外加电场为 1 4V μm ,观察到 2 0 μA cm2 发射电流 ,外电场升至 2 5 4V μm时发射电流达到1 2 80mA cm2 ,在较高外电场下 ,没有发现电流“饱和” .这比相同实验条件下改变前驱液制备出的碳纳米管和硼碳氮纳米管的场发射性能优越 .还在“竹节状”结构的基础上对CNx 纳米管的场致电子发射机理进行了讨论     

不同氮源制备CNx纳米管薄膜及其低场致电子发射性能

采用高温热解法,分别以氯化铵(NH4Cl)和乙二胺(C2H8N2)为氮源在洁净的硅片上沉积生长CNx纳米管薄膜.利用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱对CNx纳米管进行形貌观察和表征.结果显示不同氮源制备出的CNx纳米管薄膜的洁净度、有序度以及纳米管的结构明显不同.热解乙二胺(C2H8N2)/二茂铁(C10H10Fe)制备出的结晶度较低的"竹节状"结构CNx纳米管平行基底表面有序生长,而且低场致电子发射性能优越,开启电场1.0V/μm,外加电场达到2.89V/μm时发射电流密度为860μA/cm2.     

硼碳氮纳米管的拉曼光谱研究

对不同温度和不同催化条件下用高温热解法制备的硼碳氮 (BCN)纳米管的拉曼光谱进行了分析。随着制备温度的升高 ,拉曼光谱中D带和G带的强度比ID/IG 由小变大 ,而后又变小 ,说明存在一个最佳温度 ,在该温度下生成的BCN纳米管中B、N元素掺杂浓度最大。不同催化剂对BCN纳米管的拉曼光谱也有影响 ,当以钴 /二茂铁和镍 /二茂铁为催化剂时的ID/IG 值比以钴、镍和钴 /镍为催化剂时大 ,说明这时的B、N的掺杂浓度较高 ,纳米管的质量较好 ,这与透射电子显微镜观察结果一致。     

CNx纳米管的制备、结构观察及低场致电子发射性能研究

采用高温热解法，以乙二胺为前驱液，在沉积有铁催化剂的p型硅（111）基底上制备出了定向生长的CNx纳米管.利用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱对CNx纳米管进行了形貌观察和表征.CNx纳米管的高度在20?μm左右，直径在50—100nm之间，具有明显的“竹节状”结构，结晶有序度较差.对CNx纳米管薄膜进行低场致发射性能测试：外加电场为1.4V/μm，观察到20?μA /cm2发射电流，外电场升至2.54V/μm时发射电流达到1.280mA/cm2，在较高外电场下，没有发现电流“饱和”.这比 关键词： CNx纳米管 高温热解 “竹节状”结构 场致发射     

铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算, 对(6,0)单壁氧化锌纳米管、铝掺杂、氮掺杂和铝氮共掺杂纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度进行了研究. 结果表明, 氮掺杂可以在纳米管禁带中引入受主能级, 实现纳米管的p型掺杂, 但是受主能级局域性较强, 导致氮溶解度低. 引入铝元素可以有效降低氮形成受主能级局域性, 激活氮元素, 铝氮共掺杂有望成为氧化锌纳米管一种更为有效的p型掺杂方法. 关键词： 氧化锌纳米管 电子结构 共掺杂 第一性原理计算     

掺杂对碳纳米管拉曼光谱及场发射性能的影响

采用高温热解法在860℃分别制备出了镓、氮以及硼和氮掺杂的碳纳米管,提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜,并测试了它们的拉曼光谱与场发射性能。测试结果表明,掺杂纳米管的缺陷密集度比纯碳纳米管明显增大,而它们的场致电子发射性能则与掺杂元素的性质密切相关。镓和氮掺杂的纳米管均具有非常优异的场发射性能,而硼和氮共掺杂的纳米管的场发射性能很差。掺杂引起碳纳米管费米能级附近能态密度的变化及功函数的降低是其具有优异场致电子发射性能的主要原因。     

碳纳米管的热解法制备、电子显微镜观察及拉曼光谱研究

以二茂铁和二甲苯为原料在Ar和H2 气氛中不同温度下热解制备出了不同直径分布的碳纳米管。在 740℃、780℃、82 0℃和 880℃下制备出的碳纳米管的外径分布分别为 1 7-80nm、2 0 - 73nm、40 - 70nm、1 7- 2 7nm。拉曼光谱和透射电子显微镜 (TEM )观察表明 ,在82 0℃下制备的碳纳米管晶形最完整     

裂解温度对CVD法制备多壁碳纳米管的影响

用SEM、TEM、HRTEM及拉曼光谱方法研究了催化裂解乙炔制备多壁碳纳米管过程中裂解温度的影响,结果表明,在650℃～700℃裂解乙炔,可获得产量高、直径分布均匀、石墨程度高的多壁碳纳米管,并对裂解温度影响机制进行了分析和探讨。     

阳极氧化法制备Y型TiO2纳米管

在含有质量分数为0.5%的NH₄F和体积分数为5% 的H₂O的乙二醇混合溶液中,采用三步阳极氧化法制备了表面形貌高度有序的Y型TiO₂纳米管阵列。讨论了钛片预处理过程对优化TiO₂纳米管阵列表面形貌的影响以及采用升温法制备Y型TiO₂纳米管的内在机理,并在较宽的温度范围内(20~60 ℃)对钛片进行阳极氧化。实验结果表明当阳极氧化第三步的电解液温度设置在40 ℃以上时,Y型TiO₂纳米管阵列的顶端将出现环状纳米线、管壁破裂以及管长减小等现象,不利于保证Y型TiO₂纳米管阵列的整体质量。因此,30~40 ℃是选取阳极氧化第三步温度的理想范围。     

Adsorption of cadmium and lead onto oxidized nitrogen-doped multiwall carbon nanotubes in aqueous solution: equilibrium and kinetics

Nitrogen-doped multiwall carbon nanotubes (CNx) were chemically oxidized and tested to adsorb cadmium and lead from aqueous solution. Physicochemical characterization of carbon nanotubes included morphological analysis, textural properties, and chemical composition. In addition, the cadmium adsorption capacity of oxidized-CNx was compared with commercially available activated carbon and single wall carbon nanotubes. Carboxylic and nitro groups on the surface of oxidized CNx shifted the point of zero charge from 6.6 to 3.1, enhancing their adsorption capacity for cadmium and lead to 0.083 and 0.139 mmol/g, respectively, at pH 5 and 25 °C. Moreover, oxidized-CNx had higher selectivity for lead when both metal ions were in solution. Kinetic experiments for adsorption of cadmium showed that the equilibrium was reached at about 4 min. Finally, the small size, geometry, and surface chemical composition of oxidized-CNx are the key factors for their higher adsorption capacity than activated carbon.     

不同催化剂热解法制备硼碳氮纳米管过程中的影响

对以钴、镍、钴/镍、钴/二茂铁、镍/二茂铁和二茂铁为催化剂高温热解法制备的硼碳氮（BCN）纳米管的结构、产率等的影响进行了分析.实验中发现催化剂在BCN纳米管的生长过程中有重要作用.高分辨率透射电子显微镜图像显示在860℃时，以镍/二茂铁、钴/二茂铁为催化剂生成的BCN纳米管具有“竹节状”结构，且管壁较薄，镍、钴或镍/钴作催化剂生成的BCN纳米管不具有明显的“竹节状”结构，管壁较厚，且粗细不均匀，而以二茂铁作催化剂没有BCN纳米管生成.在所有生成的BCN纳米管中含有催化剂颗粒.通过对生成的BCN纳米管的结 关键词： BCN纳米管 热解 催化剂 拉曼光谱     

热丝和射频等离子体化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积设备(PE-HF-CVD),以CH4、H2和N2为反应气体.在较低衬底温度下(500℃),用简单的催化剂制备方法--旋涂法在硅片上涂覆Ni(NO3)2溶液,经热处理及H2还原后的Ni颗粒为催化剂,在硅衬底上制备出了垂直于硅片且定向生长的碳纳米管薄膜.扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果显示,1 mol/l的硝酸镍溶液旋涂硅片所得催化剂制得的碳纳米管管径为30～50 nm,长度超过4μm,定向性好.并用拉曼光谱(Raman)对不同摩尔浓度Ni(NO3)2溶液条件下制备的碳纳米管薄膜样品进行了表征.     

化学气相沉积法制备定向碳纳米管阵列

以二茂铁和二甲苯分别作为催化剂和碳源，采用一种无模板的化学气相沉积法，使用单温炉设备，成功地制备了高度定向的碳纳米管阵列.分别用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子能量散射谱、拉曼光谱对碳纳米管阵列进行形貌观察和表征, 并研究了不同工艺参数对碳纳米管阵列形貌的影响.结果表明：在生长温度为800℃，催化剂浓度为0.02g/mL，抛光硅片上容易获得高质量的定向碳纳米管阵列，在此优化条件下生长的定向碳纳米管的平均生长速率可达25μm/min.     

催化剂对碳纳米管产率及质量的影响

本文研究了添加钴/二茂铁、镍/二茂铁、钴、镍/钴不同催化剂对高温热解法制备碳纳米管质量、产率等的影响。高分辨率透射电镜图象显示在800℃左右,镍/二茂铁、钴/二茂铁和钴催化条件下,有多壁碳纳米管生成,而用镍/钴作催化剂时,只有直径在0 5μm左右,长度十几个微米的非晶态棒状物生成。通过对生成碳纳米管的质量和产量进行比较,催化剂的催化活性满足二茂铁>钴>镍。简单分析了在碳源高温热解环境下不同金属催化剂的性能差异,并对不同催化条件下生成物的拉曼光谱进行了分析。     

γ-Al_2O_3高温相变的激光Raman光谱研究

通过不同波长的Raman激发光对γ-Al2O3的高温相变过程进行了研究。发现用632.8 nm激发光测得的位于1175、1241cm-1和1370、1400cm-1,对应于514.5 nm激发光时位于4808、4875cm-1和5003、5033cm-1的谱峰均是Al2O3中杂质的荧光光谱。较低波数的二个谱峰与θ-Al2O3有关,而较高波数的二个谱峰与α-Al2O3有关。随着焙烧温度升高,从800℃开始γ-Al2O3逐渐向θ-Al2O3和α-Al2O3转变,θ-Al2O3的谱峰强度在1100~1200℃焙烧时最大,当温度继续升高到1250℃全部转变成α-Al2O3,并且Al2O3的相变是从表层开始的。