本論文旨在探索低維碳納米材料的可控合成及其潛在應(yīng)用。首先以小分子生物質(zhì)葡萄糖為原料,利用水熱碳化的方法,通過調(diào)控反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度,首次合成了形貌均一、分散性良好、粒徑20-110 nm的碳納米球。以上述碳納米球?yàn)榍膀?qū)體,通過氫氧化鉀活化制備多孔碳材料。系統(tǒng)研究了前驅(qū)體粒徑對該方法制備的多孔碳材料形貌和孔徑結(jié)構(gòu)的影響。多孔碳材料的孔徑大小及孔徑分布隨著前驅(qū)體尺寸的變小而增大。當(dāng)前驅(qū)體碳納米球的尺寸從107 nm依次減小為87、54和28 nm時,其對應(yīng)多孔碳材料的孔徑分布依次為 0.7-1.92 nm、0.56-2.67 nm、0.56-4.03 nm 和 0.63-6.09 nm。當(dāng)其用做超級電容器電極材料時,材料中微孔體積越大,表現(xiàn)出的質(zhì)量比電容越高。以聚氨酯為原料,通過設(shè)置氫氧化鉀對其預(yù)活化和活化的過程,成功合成了直徑為51±5.2 nm,長度在2-8 μm之間的波狀碳納米線。通過系統(tǒng)研究氫氧化鉀用量、預(yù)活化溫度和活化溫度對產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響,我們提出了其可能的形成機(jī)理并研究了其在分離金屬納米粒子和催化劑載體方面的潛在應(yīng)用。首先利用濕法合成法制備了波狀碳納米濾膜,該濾膜在篩選不同尺寸的金納米顆粒時表現(xiàn)出優(yōu)異的過濾分離性能;利用檸檬酸鈉還原法制備了 Pd納米粒子/波狀碳納米線復(fù)合材料(Pd/WCNWs),其循環(huán)伏安和電流-時間測試結(jié)果說明該催化劑對電催化乙醇氧化具有優(yōu)異的電催化氧化性、穩(wěn)定性和長循環(huán)穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O613.71;TB383.1
【部分圖文】：

是在Ｃ６〇的研究過程中發(fā)現(xiàn)的另一種碳納米材料。碳納米管??可以看成由不同層數(shù)的石墨片卷曲閉合形成的中空管狀結(jié)構(gòu)，兩端一般由五??元碳環(huán)和七元碳環(huán)組成的半球形的富勒燁結(jié)構(gòu)封住（圖１－３）?［６】。每層碳納??米管都是由六元碳環(huán)組成，層間距約為０．３４?ｎｍ，比結(jié)晶性石墨片層間的距??離（０．３３４?ｎｍ）稍大。??圖１－３碳納米管示意圖??３??

下？？氣體碳源（一氧化碳、甲烷、乙炔等）在高溫下（８００－１２００?°Ｃ）裂解??產(chǎn)生碳原子，碳原子在催化劑（一般為過渡金屬銅、鈷、鎳等）的催化作??用下重組形成碳納米管，如圖１－４所示。１９９９年，Ｄａｉ等人以甲烷為碳源，??在催化劑ＦｅＭ０／Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２上合成出了高質(zhì)量的單壁碳納米管，該合成方??法的成功取決于催化劑材料的選擇［１９］。同樣的，Ｖａｎｙｏｒｅｋ等人以乙烯為碳??源，在催化劑ＦｅＣｏ（Ｎｉ）／Ｓｉ０２上合成出了多壁碳納米管［２￣�；瘜W(xué)氣相沉積??法具有收率高、反應(yīng)條件易于控制等優(yōu)點(diǎn)，最有可能實(shí)現(xiàn)碳納米管大規(guī)模??生產(chǎn)。??ｈｉｎｇｅｄ?ｆｕｒｎａｃｅ??」?＼ｊ＾ｙ?■…?—－ｉｉ??ｒ????＇??１???３－？ａ＼?????．?ｃｏｎｎＭ－ｔｏｒ??ｎ〇？ｍ？ｃｒ?：??！??ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｒａｎｇｅ??—…．…９?ｔ?１ｍ丄??２－？ａ＼?ｖａｌｖｒ??圖１－４?ＣＶＤ法制備碳納米管示意圖??電弧放電法也廣泛用于制備碳納米管，其實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖１－５所??示。具體過程如下：電弧產(chǎn)生４０００?°Ｃ高溫使處于水冷室中的石墨陽極蒸??發(fā)，即可在陰極上得到沉積的多壁碳納米管。若將金屬催化劑填充在石墨??棒中即可得到單壁碳納米管［２｜，２２］。由于該方法的合成溫度較高，因此得到??的碳納米管含有的缺陷較少且石墨化程度較高。??４??

圖１－５電弧放電法制備碳納米管實(shí)驗(yàn)裝置示意圖??激光蒸發(fā)法是在惰性氣氛中采用激光激發(fā)石墨靶，使其轉(zhuǎn)化形成碳納??米管，其實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖１－６所示。該方法得到的目標(biāo)產(chǎn)物也是以多??壁碳納米管為主，若在合成過程中引入催化劑，亦可得到單壁碳納米管。??Ｓｍａｌｌｅｙ等人在鈷和鎳的存在下用強(qiáng)激光轟擊石墨靶合成了克量級的單壁??碳納米管［２３］。激光蒸發(fā)法合成的碳納米管具有較高的純度，無需進(jìn)一步純??化即可直接應(yīng)用于科學(xué)研究。??豐??１?＾—．石英音??％??ｆｊ??ｙｉ＝ｒ??圖１－６激光蒸發(fā)法制備碳納米管示意圖??（３）石墨烯??石墨烯，由單層碳原子組成的二維納米材料，其中的碳原子均為ｓｐ２??雜化（圖１－７）。石墨烯具有很高的理論比表面積２６３０?ｍ２?？ｇ＿１［：Ｍ】、良好的??熱傳導(dǎo)性５０００?Ｗｍ－１?．Ｋ－１［２５］、優(yōu)異的電子遷移率２?ｘ?ｌ〇５?ｃｍ２?？?Ｖ－１?？?ｓ－ｕ２６】和??５??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李燕;姜斌;鄧宏;蔣書文;周曉燕;;低維材料的研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2004年03期

2 馬榮駿,邱電云;富勒烯碳分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與應(yīng)用[J];礦冶工程;2000年04期

本文編號：2841541