【摘要】：碳纖維由于其優(yōu)良的機(jī)械性能常被用作基體材料制備碳纖維納米復(fù)合材料,在能源、環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。選擇碳纖維用于能源光催化反應(yīng)的研究主要是由于在光催化過程中,碳纖維具有一些獨(dú)特的基本特征,符合光催化過程的要求:首先,作為光敏劑,碳纖維可以改善可見光區(qū)域內(nèi)的光響應(yīng);其次,碳纖維具有高導(dǎo)電性,可以及時(shí)傳輸光生成的電子,以防止光生載流子之間的重新組合;第三,碳纖維的大表面積和優(yōu)異的吸收能力使其成為制備復(fù)合材料的優(yōu)良載體。碳纖維表面存在一些化學(xué)惰性,因此碳纖維在制備納米復(fù)合材料前通常會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎梺硖嵘缺砻娣e,修飾表面電學(xué)性能,使其更適于制備納米復(fù)合材料。本論文從碳纖維表面刻蝕和復(fù)合生長兩方面研究碳纖維材料的表面性質(zhì)以及在光催化還原二氧化碳中的應(yīng)用。主要工作包括:1.碳纖維表面刻蝕利用金屬納米顆粒的局域熱效應(yīng)刻蝕碳纖維,在碳纖維表面形成疏松多孔結(jié)構(gòu),對(duì)碳纖維比表面積提升可達(dá)60倍,深度可達(dá)300 nm。研究表明傳統(tǒng)的熱處理和表面等離激元都能誘導(dǎo)金屬納米顆粒表面局域熱效應(yīng),在熱效應(yīng)作用下金屬納米顆粒周圍碳原子被氧化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維的表面刻蝕。同時(shí),研究還發(fā)現(xiàn)金屬納米顆粒表面的局域熱效應(yīng),難以破壞完整的C-sp2結(jié)構(gòu),刻蝕更傾向于發(fā)生在空位、晶界等具有不完整石墨結(jié)構(gòu)的缺陷附近。2.碳纖維表面生長納米復(fù)合材料Hummers法是宏量制備氧化石墨烯的穩(wěn)定方法,其廢液具有強(qiáng)酸強(qiáng)氧化性。本工作以Hummers廢液結(jié)合TiCl4作為前驅(qū)溶液,在碳纖維表面原位獲得高比表面積碳纖維-TiO2納米復(fù)合結(jié)構(gòu),在光催化還原二氧化碳的應(yīng)用中,展現(xiàn)了相對(duì)于硫酸、雙氧水等尋常前驅(qū)液更優(yōu)良的反應(yīng)速率。研究表明,Hummers廢液中的強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性,誘導(dǎo)了銳鈦礦結(jié)構(gòu)TiO2在碳纖維表面高密度的定向生長。同時(shí),隨著TiO2生長的進(jìn)行,碳纖維表面也被刻蝕,最終形成了高比表面積的碳纖維-TiO2納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ342.742;O643.36
【圖文】：

生長一些特定的材料與碳纖維形成復(fù)合材料來應(yīng)用于光催化的研宄。逡逑１．２碳纖維表面處理技術(shù)逡逑碳纖維表面屬于疏水表面見圖１．２，其接觸角大于１３５°。在制備研宄碳纖逡逑維復(fù)合材料的過程中，基體材料與增強(qiáng)體在界面相遇并且相互復(fù)合從而形成復(fù)逡逑合材料，因此界面相在兩者相結(jié)合的過程中起到了“橋梁”的作用界面相具有逡逑均勻傳遞載荷以及阻礙材料間裂紋延展的作用。在復(fù)合材料的研究中，界面尤其逡逑２逡逑

邐纏繞結(jié)晶帶邐石墨＾逡逑圖１．１碳纖維結(jié)構(gòu)示意圖逡逑由于碳纖維表面表皮是由惰性的石墨微晶結(jié)構(gòu)規(guī)則排列開來的，這樣導(dǎo)致逡逑碳纖維的比表面積和表面能都很低，其表面無法實(shí)現(xiàn)良好的浸潤作用，周邊的逡逑活性碳原子或者是極性基團(tuán)的原子很少，從而使沒有經(jīng)過處理的碳纖維表面無逡逑法實(shí)現(xiàn)與基體樹脂的有效粘結(jié)［９］。以碳纖維為基底做復(fù)合材料主要是靠其表面的逡逑微觀結(jié)構(gòu)和特性，提高碳纖維的界面能可以很好的將外界載荷由基體樹脂傳達(dá)逡逑給碳纖維，提高界面能的方法可以在其表面制作缺陷使其破壞外表皮均勻致密逡逑的表面排列的石墨微晶結(jié)構(gòu)，這樣可以有效的利用碳纖維高強(qiáng)度和高模量等機(jī)逡逑械性能來實(shí)現(xiàn)并提高了碳纖維復(fù)合材料的機(jī)械性能。制作表面缺陷也可以很好的逡逑實(shí)現(xiàn)碳纖維表面浸潤效果，有效的提高其比表面積，這樣可以用于水相水熱合逡逑成的碳纖維復(fù)合材料做一些能源儲(chǔ)備的應(yīng)用如鋰離子電池、超電容等以及作為開逡逑發(fā)新能源的材料也可以用于水熱法、化學(xué)氣相沉積、電沉積等技術(shù)來外延逡逑生長一些特定的材料與碳纖維形成復(fù)合材料來應(yīng)用于光催化的研宄。逡逑１．２碳纖維表面處理技術(shù)逡逑碳纖維表面屬于疏水表面見圖１．２

圖１．３光催化反應(yīng)示意圖ｒｅｐｒｉｎｔｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｒｅｆ（３４］逡逑Ｔｉ０２納米材料是一種典型的ｎ型半導(dǎo)體氧化物光催化材料，其光催化原理逡逑［３４１如圖１．３所示�？梢赃M(jìn)一步使用半導(dǎo)體能帶理論進(jìn)行解釋，在光催化中入射逡逑光波長ａ）選定取決于半導(dǎo)體禁帶寬度由特定波長的光源激發(fā)，處于價(jià)帶逡逑的電子獲得能量穿過禁帶被激發(fā)到導(dǎo)帶上從而形成自由電子ｅ？，而同時(shí)在價(jià)帶逡逑中形成空穴ｈ＋，從而形成了電子－空穴對(duì)（ｅ－，ｈ＋），由于是經(jīng)過光照實(shí)現(xiàn)的，逡逑７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2773174