碳基納米復(fù)合材料控制合成與催化應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2021-07-11 18:43
碳材料因其具有耐酸耐堿、熱穩(wěn)定性高、比表面積大、導(dǎo)電性高和生物相容性好等獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),在催化、吸附、電化學(xué)和醫(yī)藥工程等眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。深入研究碳材料或者碳基復(fù)合材料的合成過(guò)程、結(jié)構(gòu)表征及應(yīng)用,對(duì)于發(fā)展材料制備科學(xué)和拓展碳材料的應(yīng)用空間具有重要的意義。本論文以間苯二酚-甲醛樹(shù)脂（resorcinol formaldehyde,RF）碳材料為研究主體,溶膠-凝膠法為主要研究手段,系統(tǒng)研究了RF復(fù)合材料的控制合成,在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了RF基鉑碳催化劑的研制以及催化性能研究。初步探索了特殊構(gòu)型RF及其復(fù)合材料的控制合成條件,為進(jìn)一步制備新型復(fù)合材料提供了更多實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容以及所取得的成果包括:1.以膠體二氧化硅微球?yàn)楹梭w材料,針對(duì)RF包覆的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備過(guò)程進(jìn)行了深入研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,為增強(qiáng)核體材料與RF殼之間的相互作用,對(duì)核體顆粒進(jìn)行合理化改性以改變其表面電性是實(shí)現(xiàn)RF成功包覆的關(guān)鍵。引入陽(yáng)離子表面活性劑以及氨基官能團(tuán)均能有效改變二氧化硅顆粒的表面負(fù)電性,從而成功實(shí)現(xiàn)Si O2@RF核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的組裝。此外,核體顆粒表面電性的改變還可以通過(guò)合成體系中自由粒子基...
【文章來(lái)源】：遼寧師范大學(xué)遼寧省
【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）碳微珠的TEM照片[23]；（b）亞微米中空破球的SEM和TEM照片[24]
碳基納米復(fù)合材料控制合成與催化應(yīng)用-6-碳化將RF外殼方便地轉(zhuǎn)化為碳?xì)�。如圖1.2分別是RF涂覆不同物質(zhì)的透射電鏡圖。Wang[58]等通過(guò)兩步溶膠-凝膠涂覆工藝，制備了均勻的SnO2@C蛋黃殼納米球。首先將溶劑熱法獲得的SnO2納米顆粒采用用經(jīng)典的Stber方法涂覆一層二氧化硅，以生成SnO2@SiO2納米球，然后涂覆RF的聚合物，產(chǎn)生了SnO2@SiO2@RF納米球。最后將RF碳化，再對(duì)硅球進(jìn)行刻蝕，得到SnO2@C納米球。圖1.2RF涂覆不同物質(zhì)電鏡圖（a）ZrO2顆粒、（b）hollowTiO2球、（c）Fe3O4顆粒和（d）米粒狀Fe2O3顆粒[57]Fig.1.2TEMimagesofRFcoatedcolloidalparticleswithdifferentcompositionsandmorphologies:(a)ZrO2particles,(b)hollowTiO2spheres,(c)Fe3O4particlesand(d)rice-shapedFe2O3particles1.4.2水熱法水熱法（Hydorthermalsynthesis）是指在特制的密閉高壓釜中，以水為介質(zhì)，以碳水化合物為原料，在一定高溫高壓下，進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)。依據(jù)反應(yīng)類型的不同水熱反應(yīng)可分為水熱氧化、還原、化學(xué)、水解和結(jié)晶等，其中最常用是水熱結(jié)晶。高溫高壓下水熱反應(yīng)具有特殊的性質(zhì)：第一，分子或離子的熱運(yùn)動(dòng)增加，從而提高了反應(yīng)速率；第二，絕大多數(shù)反應(yīng)物在高溫條件下均能完全或部分溶解于水，從而促進(jìn)了水解反應(yīng)；第三，與常溫常壓比較，氧化還原電對(duì)的電極電勢(shì)發(fā)生明顯變化，從而影響化學(xué)反應(yīng)的方向，使熱力學(xué)上常溫不易發(fā)生的反應(yīng)可以順利進(jìn)行。除此之外，由于水處于高溫高壓狀態(tài)，性質(zhì)也發(fā)生了一些變化，如蒸氣壓變高、離子積變高、表面張力變低、粘度變低、
碳基納米復(fù)合材料控制合成與催化應(yīng)用-18-圖3.1SiO2微球以及無(wú)修飾條件下SiO2/RF產(chǎn)物的TEM圖（a）SiO2微球；（b）原始SiO2/RF；（c）焙燒SiO2/RF；（d）添加TEOSFig.3.1TEMimagesofSiO2microspheresandSiO2/RFcompositeswithoutmodification(a)SiO2microspheres,(b)freshSiO2/RF,(c)calcinedSiO2/RF,(d)additionofTEOS3.4配體修飾下SiO2微球表面RF樹(shù)脂的包覆研究3.4.1修飾配體類型對(duì)RF包覆的影響3.3節(jié)中的研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)的合成體系中，RF樹(shù)脂無(wú)法對(duì)未經(jīng)修飾的SiO2微球表面進(jìn)行包覆，本節(jié)中我們研究不同類型配體修飾下，RF樹(shù)脂在SiO2微球表面的包覆過(guò)程。在合成體系中分別加入陽(yáng)離子表面活性劑（十六烷基三甲基溴化銨）CTAB、陰離子表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）SDS、直鏈脂肪胺（十二胺）DDA以及聚合物（聚乙烯吡咯烷酮）PVP，作為有機(jī)配體修飾SiO2微球，最終得到的包覆產(chǎn)物的TEM圖片如圖3.2所示�？梢园l(fā)現(xiàn)，添加陽(yáng)離子表面活性劑CTAB的體系合成的產(chǎn)品具有典型的核殼結(jié)構(gòu)（圖3.2a），說(shuō)明SiO2微球表面經(jīng)過(guò)CTAB修飾后可以實(shí)現(xiàn)RF的包覆，這與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果相一致[57]。相比之下，SDS，DDA以及PVP均不能成功誘導(dǎo)RF包覆在SiO2表面，尤其是PVP的加入，嚴(yán)重阻礙了RF樹(shù)脂的形成，產(chǎn)物中只有SiO2微球（圖3.2d）。需要說(shuō)明的是PVP與二氧化硅有良好的親和性，在Stber方法制備SiO2或者(b)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微乳液法合成納米材料的進(jìn)展[J]. 張萬(wàn)忠,喬學(xué)亮,陳建國(guó). 石油化工. 2005(01)
[2]自組裝制備納米材料的研究現(xiàn)狀[J]. 王結(jié)良,朱光明,梁國(guó)正,趙雯,呂生華. 材料導(dǎo)報(bào). 2003(07)
[3]化學(xué)氣相沉積技術(shù)與材料制備[J]. 胡昌義,李靖華. 稀有金屬. 2001(05)
本文編號(hào)：3278642
【文章來(lái)源】：遼寧師范大學(xué)遼寧省
【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）碳微珠的TEM照片[23]；（b）亞微米中空破球的SEM和TEM照片[24]
碳基納米復(fù)合材料控制合成與催化應(yīng)用-6-碳化將RF外殼方便地轉(zhuǎn)化為碳?xì)�。如圖1.2分別是RF涂覆不同物質(zhì)的透射電鏡圖。Wang[58]等通過(guò)兩步溶膠-凝膠涂覆工藝，制備了均勻的SnO2@C蛋黃殼納米球。首先將溶劑熱法獲得的SnO2納米顆粒采用用經(jīng)典的Stber方法涂覆一層二氧化硅，以生成SnO2@SiO2納米球，然后涂覆RF的聚合物，產(chǎn)生了SnO2@SiO2@RF納米球。最后將RF碳化，再對(duì)硅球進(jìn)行刻蝕，得到SnO2@C納米球。圖1.2RF涂覆不同物質(zhì)電鏡圖（a）ZrO2顆粒、（b）hollowTiO2球、（c）Fe3O4顆粒和（d）米粒狀Fe2O3顆粒[57]Fig.1.2TEMimagesofRFcoatedcolloidalparticleswithdifferentcompositionsandmorphologies:(a)ZrO2particles,(b)hollowTiO2spheres,(c)Fe3O4particlesand(d)rice-shapedFe2O3particles1.4.2水熱法水熱法（Hydorthermalsynthesis）是指在特制的密閉高壓釜中，以水為介質(zhì)，以碳水化合物為原料，在一定高溫高壓下，進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)。依據(jù)反應(yīng)類型的不同水熱反應(yīng)可分為水熱氧化、還原、化學(xué)、水解和結(jié)晶等，其中最常用是水熱結(jié)晶。高溫高壓下水熱反應(yīng)具有特殊的性質(zhì)：第一，分子或離子的熱運(yùn)動(dòng)增加，從而提高了反應(yīng)速率；第二，絕大多數(shù)反應(yīng)物在高溫條件下均能完全或部分溶解于水，從而促進(jìn)了水解反應(yīng)；第三，與常溫常壓比較，氧化還原電對(duì)的電極電勢(shì)發(fā)生明顯變化，從而影響化學(xué)反應(yīng)的方向，使熱力學(xué)上常溫不易發(fā)生的反應(yīng)可以順利進(jìn)行。除此之外，由于水處于高溫高壓狀態(tài)，性質(zhì)也發(fā)生了一些變化，如蒸氣壓變高、離子積變高、表面張力變低、粘度變低、
碳基納米復(fù)合材料控制合成與催化應(yīng)用-18-圖3.1SiO2微球以及無(wú)修飾條件下SiO2/RF產(chǎn)物的TEM圖（a）SiO2微球；（b）原始SiO2/RF；（c）焙燒SiO2/RF；（d）添加TEOSFig.3.1TEMimagesofSiO2microspheresandSiO2/RFcompositeswithoutmodification(a)SiO2microspheres,(b)freshSiO2/RF,(c)calcinedSiO2/RF,(d)additionofTEOS3.4配體修飾下SiO2微球表面RF樹(shù)脂的包覆研究3.4.1修飾配體類型對(duì)RF包覆的影響3.3節(jié)中的研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)的合成體系中，RF樹(shù)脂無(wú)法對(duì)未經(jīng)修飾的SiO2微球表面進(jìn)行包覆，本節(jié)中我們研究不同類型配體修飾下，RF樹(shù)脂在SiO2微球表面的包覆過(guò)程。在合成體系中分別加入陽(yáng)離子表面活性劑（十六烷基三甲基溴化銨）CTAB、陰離子表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）SDS、直鏈脂肪胺（十二胺）DDA以及聚合物（聚乙烯吡咯烷酮）PVP，作為有機(jī)配體修飾SiO2微球，最終得到的包覆產(chǎn)物的TEM圖片如圖3.2所示�？梢园l(fā)現(xiàn)，添加陽(yáng)離子表面活性劑CTAB的體系合成的產(chǎn)品具有典型的核殼結(jié)構(gòu)（圖3.2a），說(shuō)明SiO2微球表面經(jīng)過(guò)CTAB修飾后可以實(shí)現(xiàn)RF的包覆，這與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果相一致[57]。相比之下，SDS，DDA以及PVP均不能成功誘導(dǎo)RF包覆在SiO2表面，尤其是PVP的加入，嚴(yán)重阻礙了RF樹(shù)脂的形成，產(chǎn)物中只有SiO2微球（圖3.2d）。需要說(shuō)明的是PVP與二氧化硅有良好的親和性，在Stber方法制備SiO2或者(b)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微乳液法合成納米材料的進(jìn)展[J]. 張萬(wàn)忠,喬學(xué)亮,陳建國(guó). 石油化工. 2005(01)
[2]自組裝制備納米材料的研究現(xiàn)狀[J]. 王結(jié)良,朱光明,梁國(guó)正,趙雯,呂生華. 材料導(dǎo)報(bào). 2003(07)
[3]化學(xué)氣相沉積技術(shù)與材料制備[J]. 胡昌義,李靖華. 稀有金屬. 2001(05)
本文編號(hào)：3278642
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