多壁碳纳米管结构与其电化学容量之间关系的研究

采用化学气相沉积法,通过改变催化剂的成分、碳源、反应和后处理条件来制 备不同管径、管长、石墨化程度的多壁碳纳米管。经电化学容量性能测试、透射电 子显微镜观察和N_2吸附等结构表征,发现管径分布为30.0～40.0 nm、管长越短、 石墨化程度越低、比表面积越大、孔容越大的多壁碳纳米管具有更好的电化学容量 。     

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…     

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。     

碳离子辐照碳纳米管形成无定形纳米线

利用40keV的c~+离子辐照（辐照剂量为1×10~16／cm~2）CVD合成的多壁碳纳 米管样（HRTEM）分析时发现了一些有趣现象：其一,多壁碳纳米管在辐照时,其 结构不但无定形化,而且有无定形纳米线和的相互转变区出现;其二,辐照可以使 交叉的碳纳米线产生"焊接"现象．对这些现象产生的机制给出了定性的讨论．     

多壁碳纳米管作为气相色谱固定相的性能研究

将甲烷催化裂解法生产的经过纯化的多壁碳纳米管(PMWCNTs)、活性炭、石墨 化碳黑(Carbopack B)分别填装成气相色谱填充柱,比较它们分离烷烃、芳香烃、 卤代烃、醇、酮、醚、酯类的性能。分别在PMWCNTs和Carbopack B上涂清5%(w/w) 的Carbowax 20M,填装成气相色谱填充柱后,比较它们分离醇、酮、醚、酯、有机 酸类的性能。结果表明,PMWCNTs是一种性能优异的气相色谱固定相。与相同比表 面积的Carbopack B石墨化碳黑相比较,它有更强的保留能力,适合于分析沸点相 对较低的化合物;具有更均匀的表面,表现为极性化合物亦可得到对称的峰形;理 论塔板数较小。此外,和Carbopack B一样,PMWCNTs涂清5% (w/w) Carbowax 20M 后可用来分离极性化合物,甚至是强极性的小分子有机酸。     

单壁碳纳米管的结构修饰

由于单壁碳纳米管具有独特的结构、电学及机械等性能，可望在许多新领域得 到应用，已引起广泛的关注。但由于单壁碳纳米管不溶于水和常见的有机溶剂，极 大地制约了其应用性能的研究。随着单壁碳纳米管制备技术的不断完善，其研究方 向已开始转向结构修饰及应用性能的研究。主要介绍近年来单壁碳纳米管结构修饰 方面的最新发展状况，重点讨论化学功能化及物理吸附。     

氢气在单壁碳纳米管束的吸附的密度泛函研究

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了氢气在单壁碳纳米管束（SWNTs)中管内 和管间的吸附。考察了温度，孔径以及压力对吸附的分子数密度，重量百分比，单 位体积储存能力以及超额吸附量的影响。DFT计算发现，较大的孔径有利于氢气在 SWNTs中的吸附且氢气在管隙中的吸附不可忽略。计算表明在77 K和6 MPa时，氢气 在2.719 mm的SWNTs的总的吸附的重量百分比分别可达到13.2 wt%，这约是美国能 源部（DOE）目标值的两倍，而单位体积储存能力在DOE目标值附近，而在300 K和 6 MPa时，氢气在2.719 nm的SWNTs的总的吸附的重量百分比仅为1.5 wt%。通过实 验结果与计算结果的比较表明，密度泛函理论的计算结果支持SWNTs有较高的吸附 储氢能力的实验结论。     

多壁碳纳米管的纯化及其表面含氧基团的表征

用兼具酸性和氧化性的HNO3水溶液可方便地除去残留在原生态多壁碳纳米管(CNT)上的Ni-MgO催化剂组分,同时在其表面产生某些含氧官能团,使原生态多壁碳纳米管的疏水性表面变为亲水性表面.采用Boehm中和滴定法以及X射线衍射(XRD)、热脱附谱(TPD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)等技术对HNO3处理过的多壁碳纳米管的相组成和表面含氧官能团进行测量和表征.结果表明:所生成表面含氧官能团的总量以经7.0mol·L-1硝酸378K处理24h的CNT为最高;3种主要表面含氧官能团的含量高低顺序为,羧基内酯型羧基酚型羟基.     

氢气在单壁碳纳米管束的吸附的密度泛函研究

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了氢气在单壁碳纳米管束（SWNTs)中管内 和管间的吸附。考察了温度,孔径以及压力对吸附的分子数密度,重量百分比,单 位体积储存能力以及超额吸附量的影响。DFT计算发现,较大的孔径有利于氢气在 SWNTs中的吸附且氢气在管隙中的吸附不可忽略。计算表明在77 K和6 MPa时,氢气 在2.719 mm的SWNTs的总的吸附的重量百分比分别可达到13.2 wt%,这约是美国能 源部（DOE）目标值的两倍,而单位体积储存能力在DOE目标值附近,而在300 K和 6 MPa时,氢气在2.719 nm的SWNTs的总的吸附的重量百分比仅为1.5 wt%。通过实 验结果与计算结果的比较表明,密度泛函理论的计算结果支持SWNTs有较高的吸附 储氢能力的实验结论。     

多壁碳纳米管修饰电极对对苯二酚的电催化作用

研究了多壁纳米碳管修饰电极的制备及其对对苯二酚的电催化作用。讨论了支持电解质种类、酸度、修饰层厚度和扫速等因素对对苯二酚伏安响应的影响 ,获得了较为优化的实验条件。在 0 .1mol/L磷酸盐 (pH 6 .0 )缓冲溶液中 ,采用示差脉冲伏安法测定对苯二酚 ,其浓度在 5 .0× 1 0 -6～ 1 .1× 1 0 -3 mol/L范围内与其氧化峰电流呈良好的线性关系 ,检出限达 2 .7× 1 0 -6mol/L。共存的多种金属离子、抗坏血酸及等量的苯酚、邻苯二酚等不干扰测定。该电极用于模拟废水样中对苯二酚的测定 ,结果令人满意     

Production of High Purity Multi-Walled Carbon Nanotubes from Catalytic Decomposition of Methane

Acid-based purification process of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) produced via catalytic decomposition of methane with NiO/TiO2 as a catalyst is described. By combining the oxidation in air and the acid refluxes, the impurities, such as amorphous carbon, carbon nanoparticles, and the NiO/TiO2 catalyst, are eliminated. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images confirm the removal of the impurities. The percentage of the carbon nanotubes purity was analyzed using thermal gravimetric analysis (TGA). Using this process, 99.9 wt% purity of MWNTs was obtained.     

基于Hemin/多壁碳纳米管纳米复合物构建的过氧化氢生物传感器的研究

利用卟啉(Hemin)具有模拟酶的功能,与多壁碳纳米管(MWCNTs)构建了一种新型的过氧化氢(H2O2)生物传感器。首先,利用Hemin与MWCNTs之间的π-π键作用,在超声分散下制备Hemin/MWCNTs纳米复合物;采用滴涂技术并在nafion的作用下将其固载在电极表面,制得该H2O2生物传感器(nafion/Hemin/MWCNTs/GCE)。采用紫外-可见分光光度法(UV-Vis)对合成的纳米复合物进行了分析;采用扫描电镜(SEM)对电极的表面形貌进行了表征;采用循环伏安法和计时电流法考察了该修饰电极的电化学行为;并对传感器的行为进行了详细的研究。在最优条件下,此修饰电极对H2O2具有明显的催化作用,电流与H2O2的浓度在6.0×10-7~1.8×10-3 mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限达2.0×10-7 mol/L。此传感器制作简单,具有较高的灵敏度和良好的稳定性及重现性。     

基于Hemin/多壁碳纳米管纳米复合物构建的过氧化氢生物传感器的研究

利用卟啉(Hemin)具有模拟酶的功能,与多壁碳纳米管(MWCNTs)构建了一种新型的过氧化氢(H2O2)生物传感器。首先,利用Hemin与MWCNTs之间的π-π键作用,在超声分散下制备Hemin/MWCNTs纳米复合物;采用滴涂技术并在nafion的作用下将其固载在电极表面,制得该H2O2生物传感器(nafion/Hemin/MWCNTs/GCE)。采用紫外-可见分光光度法(UV-Vis)对合成的纳米复合物进行了分析;采用扫描电镜(SEM)对电极的表面形貌进行了表征;采用循环伏安法和计时电流法考察了该修饰电极的电化学行为;并对传感器的行为进行了详细的研究。在最优条件下,此修饰电极对H2O2具有明显的催化作用,电流与H2O2的浓度在6.0×10-7¹.8×10-3 mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限达2.0×10-7 mol/L。此传感器制作简单,具有较高的灵敏度和良好的稳定性及重现性。     

Dispersion Properties of Aligned Multi-Walled Carbon Nanotubes

Aligned carbon nanotubes (CNTs) composites can be prepared by post-growth alignment or through the use of CNT bundles. Post-growth alignment requires stringent processing conditions (high-voltage electric field/high-strength magnetic field). In this study, we focused on well-aligned multi-walled CNT bundles (AMWNTs). Achieving a balance between dispersion and required orientation was the main aim of this study. Ultrasonic dispersion will inevitably produce heat, which will adversely affect dispersion. Hence, we developed and attached a temperature-control system to a water bath ultrasonic dispersion device. Further, we studied effects of additional factors such as the type and amount of surfactant on dispersion.     

多壁碳纳米管对稀土元素的吸附性能

研究了改性多壁碳纳米管(MWCNTs)对稀土元素的吸附。 采用硝酸、次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾4种方法对MWCNTs进行改性,考察了改性MWCNTs对稀土元素的吸附能力。 采用紫外-可见分光光度法测定稀土元素的浓度,比较了未处理和不同方法处理的MWCNTs对稀土元素的吸附能力。实验结果表明,NaClO改性的MWCNTs对稀土元素的吸附能力最强。以稀土元素钐(Sm)、钆(Gd)、镱(Yb)为代表,研究了NaClO改性MWCNTs对稀土元素的吸附性能。 考察了溶液pH值、离子强度、吸附剂用量、温度等因素对吸附性能的影响。当溶液pH值在2~7范围内,NaClO改性的MWCNTs对Sm、Gd、Yb的吸附随pH值增大而增强。 当离子强度和MWCNTs的用量增大时,对稀土元素的吸附能力降低。3种元素在NaClO改性的MWCNTs上的吸附均为放热过程,其反应焓变ΔH分别为：-6.44、-5.63和8.31 kJ/mol。吸附等温线符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程。     

Multi-Walled Carbon Nanotubes and Powder-Activated Carbon Adsorbents for the Removal of Nitrofurazone from Aqueous Solution

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and powder-activated carbon (PAC) were used as adsorbents for adsorption of nitrofurazone, a veterinary medicine, from aqueous solutions. The adsorbents were characterized using FTIR transform infrared spectroscopy, N₂ adsorption/desorption isotherms, and scanning electron microscopy. The effects of initial pH, contact time, and temperature on adsorption capacity of the adsorbents were investigated. For MWCNT and PAC, the result showed that when the pH value was ranged from 2.0 to 10.0, the dosage of adsorbent was 0.02 g, and adsorptive time is 4 hours, the removal efficiencies for nitrofurazone were 96.8% and 94.7%, and the corresponding maximum capacities at 283 K were close to 50.8 mgg^?1 and 59.9 mgg^?1, respectively. For nitrofurazone, the pseudo-second-order kinetic model provided the best fit to the experimental data. The Boyd model indicated the mechanism for adsorption processes was mainly external mass transfer, while the effect of particle internal diffusion was relatively weak. Liu model could best fit to the experimental data of isothermal adsorption. The data of adsorption thermodynamics showed that the adsorption process was spontaneous.