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.     

湿法纯化碳纳米管阵列及其对碳纳米管阵列形貌的影响

采用酸溶液处理方法对垂直于衬底生长的碳纳米管阵列的纯化进行了研究. 利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等手段对纯化前后的碳纳米管阵列的结构、形貌及化学组成进行表征. 实验结果表明, 通过控制条件, 酸溶液处理方法能够在有效地去除催化剂粒子等杂质的同时又保持阵列的相对完整性. 纯化后的碳纳米管阵列会促进其在电子学领域的进一步应用.     

碳纳米管的色谱纯化法

目前碳纳米管的纯化方法很多,有物理法,化学法和物理化学综合法等,然而这些方法仍不能得到高纯度的碳纳米管。色谱法分离纯化碳纳米管已成为近年来研究的热点,该法不仅能高效分离得到高纯度的碳纳米管,而且还能达到长短分离,具有重要的学术和实际意义。已报道的色谱法纯化碳纳米管主要有空间排阻色谱法以及毛细管电泳法,本文对上述色谱法纯化碳纳米管做了详细介绍。     

聚苯乙炔包覆多壁碳纳米管的制备及其分散性

用苯乙炔合成聚苯乙炔(PPA), 对多壁碳纳米管进行纯化、氧化, 然后将多壁碳纳米管与PPA一起在甲苯中超声分散. 结果显示氧化多壁碳纳米管已被PPA包覆且能够稳定分散于甲苯溶液中, 一个多月不沉降. 分别采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱、酸碱滴定、拉曼光谱分析氧化后多壁碳纳米管的结构变化. 利用高分辨透射电镜(HRTEM)分别观察纯化、氧化、PPA包覆多壁碳纳米管的分散情况.     

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。     

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…     

高温退火一步非破坏性纯化碳纳米管

针对催化化学气相法合成的碳纳米管含有金属、金属氧化物和碳杂质, 且缺陷较多进行了非破坏性纯化研究. 基于碳纳米管与碳杂质间结构、性质的微小差异, 1800 ℃使粗制的碳纳米管高温退火3 h, 为避免碳纳米管氧化, 高温退火过程在氩气气氛中完成. 运用扫描电镜、透射电镜观察碳纳米管的形貌和结构, 发现高温退火后, 碳纳米管的端帽大部分被打开. 能谱检测显示, 粗制的碳纳米管中的杂质(Al, Si, Ni, Cu 质量分数w分别为4.67%, 0.27%, 40.12%和1.34%)退火后被除去. 拉曼分析表明, 退火前后石墨D, G峰面积S_D, S_G分别从1314900降至474921, 767157降至566292, 退火不仅有效地去除了样品中的碳杂质, 而且使碳纳米管的缺陷得到一定程度的修复, 石墨化度随之大大提高. 研究提出了一种简单的、非破坏性的、便于规模化的纯化方法.     

多壁碳纳米管的纯化

用900℃高温氢气处理以及5 mol/L盐酸回流的方法，纯化了一种由甲烷在Ni- Mg-O催化剂上裂解生长的多壁碳纳米管（MWCNTs），考察了不同纯化阶段MWCNTs的 吸水率、比表面积、Ni和Mg残留量以及在不同温度下苯、正己烷、乙醇、丙酮四种 化合物在MWCNTs填充色谱柱上的脱附率的变化，并用透射电镜观察了MWCNTs的形态 。结果表明，高温氢气处理可去除MWCNTs的无定形碳和表面极性基团，使其比表面 积和吸水率减小，同时可打开MWCNTs端口。高温氢气处理后，再用盐酸回流即容易 去除MWCNTs中单用盐酸回流方法无法去除的Ni.经过纯化的MWCNTs的吸水率远小于 活性碳，比Carbopack B稍大，比表面积和Carbopack B相近。苯、正己烷、己醇、 丙酮四种化合物在纯化的MWCNTs填充色谱柱上的脱附率和Carbopack B的相同。经 纯化的MWCNTs的Ni残留量为30 μg/g，Mg残留量低于检测限（10 μg/g）。由于管 腔的存在，纯化的MWCNTs对有机物的保留能力大于Carbopack B。它可以作为气相 色谱固定相和吸附挥发性有机物的吸附剂。     

聚合离子液体-碳纳米管复合物在线固相萃取分离白蛋白

合成了聚（1-乙烯-3-乙基咪唑溴代盐）（poly（ViEtIm＋Br-））聚合离子液体,并通过π-π堆积将其固载到多壁碳纳米管上,得到了聚离子液体-碳纳米管复合物.以15mg复合物的填充柱为固相吸附剂,在顺序注射系统中研究了其对白蛋白的在线固相萃取分离纯化.在pH5.2时,对2mL溶液中（50μgmL-1）白蛋白的吸附效率为91%.0.04molL^-1柠檬酸盐缓冲溶液可定量洗脱吸附的白蛋白.整个分离纯化过程耗时500s,富集倍数为5.用该法对人全血中的白蛋白进行分离纯化,经SDS-PAGE凝胶电泳验证,得到了纯度较好的白蛋白.     

不同结构碳纳米管的电磁波吸收性能研究

研究了单壁、多壁碳纳米管(聚团状、阵列状)以及未纯化与纯化后碳纳米管在2～18 GHz范围内的电磁波吸收性能. 通过测定不同结构碳纳米管粉体的介电常数以及磁导率, 得到损耗因子及衰减常数大小顺序为: 阵列状多壁碳纳米管>原生聚团状多壁碳纳米管>纯化聚团状多壁碳纳米管>原生单壁碳纳米管>纯化后单壁碳纳米管. 相比多壁碳纳米管, 单壁碳纳米管衰减常数随频率变化较小, 且具有较宽的吸收峰. 模拟计算和实验测试结果都表明, 碳纳米管/聚合物复合材料具有优良的电磁吸波性能.     

碳纳米管表面修饰程度对碳纳米管载Pt电催化性能的影响

比较了用不同温度的浓HNO₃处理的碳纳米管(CNTs)作载体的Pt(Pt/CNTs)对甲醇氧化的电催化活性. 结果表明浓HNO₃处理使CNTs表面修饰上的含氧基团对CNTs上沉积Pt粒子的平均粒径有较大影响. 表面修饰程度适当时, 制得的Pt/CNTs中Pt粒子较小, 因此, 对甲醇氧化的电催化活性较高. 而表面修饰程度过大, 易使Pt粒子团聚, 从而降低Pt/CNTs催化剂对甲醇氧化的电化学活性.     

不同碳源催化化学气相沉积制备自支撑C/Ni-Fiber复合电极材料的电容脱盐性能

以甲烷、乙烯、乙醇和正丁醇为碳源,通过催化化学气相沉积在具有三维开放网络结构的烧结8μm-Ni金属纤维上沉积碳的方法,制备了以金属Ni纤维网络为集流极、沉积碳为离子存储库的薄层大面积自支撑C/Ni-fiber复合电极材料.用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、N₂-吸脱附等温线和循环伏安与电化学阻抗谱对电极材料进行了表征,并考察了其作为电极的电容脱盐性能.乙烯、甲烷、正丁醇和乙醇为碳源的沉积碳形态分别为鱼骨状碳纳米管（CNTs）、石墨烯面取向与轴平行的CNTs、棒状和蠕虫状碳纳米纤维（CNFs）.C/Ni-fiber复合电极材料对NaCl的电吸附容量顺序为:乙烯>正丁醇>甲烷>乙醇,这与复合电极的电化学特性、孔结构和碳的纳米结构相关.在1.2 V的工作电压下,以乙烯为碳源制备的C/Ni-fiber复合电极材料对水溶液中NaCl(100 mg·L^-1)的电吸附容量达159μmol·g^-1.     

Carbon Nanotubes Coated Fiber for Solid‐Phase Microextraction of Bovine Fibrinogen and Bovine Serum Albumin

Carbon nanotubes (CNTs) are a kind of novel and interesting carbon material which can be used for separation and purification. In this investigation, commercial solid‐phase microextraction (SPME) fibers (PDMS) were coated with single‐wall nanotubes (SWNTs) and multi‐wall nanotubes (MWNTs) to study their adsorption and extraction ability of proteins, and bovine fibrinogen (BFg) and bovine serum albumin (BSA) were selected as the target proteins. While MWNTs adsorbed more BFg than SWNTs, SWNTs adsorbed more BSA than MWNTs. CNTs can selectively adsorb BFg in certain conditions. The fibers coated with CNTs had advantages over traditional SPME fibers in selectivity and sensitivity. It could be used to separate BFg in bovine blood plasma and also purify BFg from it. The results show that the selectivity, sensitivity and reproducibility of this method are good for real sample analysis.     

Comparison of the Electrochemical Reactivity of Carbon Nanotubes Paste Electrodes with Different Types of Multiwalled Carbon Nanotubes

Carbon nanotubes (CNTs) are widely used in electrochemical studies. It is reported that CNTs with different source and dispersed in different agents [1] yield significant difference of electrochemical reactivity. Here we report on the electrochemical performance of CNTs paste electrodes (CNTPEs) prepared by multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) with different diameters, lengths and functional groups. The resulting electrodes exhibit remarkable different electrochemical reactivity towards redox molecules such as NADH and K₃[Fe(CN)₆]. It is found that CNTPEs prepared by MWNTs with 20–30 nm diameter show highest catalysis to NADH oxidation, while CNTPEs prepared by MWNTs with carboxylate groups have best electron‐transfer rate (The peak‐peak separation (ΔE_p) is +0.108 V for MWNTs with carboxylate groups, +0.155 V for normal MWNTs, and +0.174 V for short MWNTs) but weak catalysis towards oxidation of NADH owing to the hydrophilicity of carboxylate groups. The electrochemical reactivity depends on the lengths of CNTs to some extent. The ‘long’ CNTs perform better in our study (The oxidation signals of NADH appear below +0.39 V for ‘long’ CNTs and above +0.46 V for the ‘short’ one totally). Readers may get some directions from this article while choose CNTs for electrochemical study.     

碳纳米管含量对炭炭复合材料组织及力学性能的影响

炭纤维上原位合成了均匀生长且具有伸张形貌的碳纳米管,借助化学气相渗透制备了碳纳米管增强的炭炭复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对炭炭复合材料组织和力学性能的影响。结果表明：炭纤维上生长碳纳米管改变了热解炭的沉积行为,诱导了各向同性热解炭的生成,且随着碳纳米管含量的增加,各向同性热解炭的厚度增加,但是复合材料的d002值却明显降低。微量的碳纳米管即可显著提高复合材料的力学强度,随着其含量的增加,复合材料的力学强度和模量迅速提高,但材料的断裂行为却急剧恶化,断裂模式由最初的假塑性断裂转变为脆性断裂。     

石墨烯负载镍催化CO_2加氢甲烷化

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),经水合肼还原得到石墨烯(RGO),通过浸渍法制备了石墨烯负载的镍基催化剂(Ni/RGO);对其催化二氧化碳甲烷化反应的性能进行了研究,并与以碳纳米管(CNTs)和活性炭(AC)为载体负载的Ni基催化剂进行了比较.由于催化剂的载体分别为RGO,CNTs和AC,所以Ni将会表现出不同的形态.利用红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)测试、程序升温还原(H2-TPR)、X射线衍射(XRD)分析和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对其结构及物理性质进行了表征.结果表明,Ni/RGO具有相对较大的比表面积(316 m~2/g),Ni在Ni/RGO上的颗粒尺寸(5.3 nm)小于其在Ni/CNTs(8.9 nm)和Ni/AC(11.6 nm)上的颗粒尺寸;该催化剂在二氧化碳甲烷化反应中具有更高的催化活性和选择性,而且具有良好的使用寿命.     

单壁纳米碳管的纯化研究

A purification method to remove the metal catalysts and impurity carbon materials from arc-discharge-grown single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) has been developed. Microporous membrane and the oxidation in the air for the crude SWCNTs were used to eliminate the coexisting metal catalysts nanoparticles，carbon nanoparticles and amorphous carbon. Then we used the high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) to characterize the crude SWCNTs prepared by arc-discharge method and the purified SWCNTs. The Raman spectra and the thermogravimetric analysis (TGA) were also utilized to analyze the approach of our purification for SWCNTs. With this method the SWCNTs with the purity more than 95% could be obtained.     

The Colloidal Stabilization of Carbon with Carbon: Carbon Nanobubbles as both Dispersant and Glue for Carbon Nanotubes

The superior physical properties of carbon nanotubes (CNTs) have led to their broad application. Intrinsically, CNTs tend to agglomerate from hydrophobic interactions, which is highly undesirable for solution processing and device fabrication. Commonly, a stabilizer consisting of organic surfactants or polymers is used to disperse CNTs. Recently, we synthesized nitrogen‐doped carbon hollow nanospheres (25–90 nm), termed carbon “nanobubbles”. They bear superior dispersability in water and distinctive graphitic order. Herein, we describe the nanobubble‐assisted dispersion of CNTs in aqueous solution upon sonication. This process relies on the π–π interaction between the two aromatic carbon nanostructures, which can process their carbon mixture in water into conductive filter membranes, ink, and discs. This stabilization can be extended to other aromatic carbons. In addition, the π–π interaction may create a new type of carbon p–n junction that can be used to improve charge separation.     

薄层大面积自支撑碳纳米管电极材料的电容脱盐性能

以具有三维开放网络结构的烧结8 μm-Ni金属纤维(SMF-Ni)为基底, 通过乙烯催化化学气相沉积法在金属纤维表面生长碳纳米管(CNTs), 制备了以金属Ni纤维网络为集流极、CNTs为离子存储库, 尺度跨越宏观、介观和纳米的自支撑薄层大面积CNTs/SMF-Ni(CNTs质量分数为50%)复合电极材料. 用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、N₂吸附、脱附等温线和X射线衍射(XRD)等方法对电极材料进行了表征, 并考察了其作为电极对质量分数为0.01%的NaCl水溶液的电容脱盐性能. 自支撑CNTs/SMF-Ni复合电极材料由于具有优异的离子传导和表面电荷传递性能以及较大的介孔表面积, 在1.2 V的工作电压和5 mL/min的水溶液流速下, 对NaCl的电吸附容量和脱盐率分别达159 μmol/g CNTs和57%. 用H₂O₂对CNTs/SMF-Ni电极材料进行氧化处理后, CNTs表面含氧基团的大量增加增大了材料的亲水性, 从而进一步提升了该复合材料的电容脱盐性能.