利用基團(tuán)相互作用合成石墨化納米碳及碳基復(fù)合體材料.pdf

1、采用價(jià)廉的離子交換樹脂、可再生的具有極性官能基團(tuán)的農(nóng)林作物提取物以及農(nóng)林廢棄物作為碳源，儲(chǔ)量豐富的Fe、Co、Ni金屬鹽作為石墨化催化劑和磁性組分的前軀體，通過碳源的極性基團(tuán)與金屬離子的配位作用，成功制備了不同微觀結(jié)構(gòu)的石墨化納米碳材料。此外，基于碳母體極性官能團(tuán)可與多種金屬離子配位的特性，將催化劑離子以及功能性組分的離子前驅(qū)體同步引入到合成體系中，實(shí)現(xiàn)了石墨化納米碳基復(fù)合體材料的同步合成。結(jié)合XRD、TEM、TG、IR等多種表征手段，

2、研究碳母體官能團(tuán)分解、石墨化以及形貌演變等過程，探討催化劑與石墨化納米碳結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)在關(guān)系。同時(shí)研究了石墨化納米碳及碳基復(fù)合體材料在殺菌、吸附/分離、燃料電池等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　 本論文主要研究內(nèi)容如下：
　　 1、采用不同種類的離子交換樹脂作為碳源，利用其可與不同種類鐵離子進(jìn)行配位的性質(zhì)，制備了不同結(jié)構(gòu)的石墨化納米碳(GCNs)。由于離子交換樹脂骨架結(jié)構(gòu)以及交換能力的差異，可以通過改變碳源的種類，即改變金屬粒子與離子交

3、換樹脂之間的作用，可控合成不同形貌的石墨化納米碳，包括二維納米片層、納米膠囊、納米帶以及納米棒等多種形貌。探討了石墨片層和石墨化碳膠囊形成機(jī)理。此外，研究了磁性粒子/納米碳的復(fù)合體對(duì)染料羅丹明B的吸附分離特性。
　　 2、以丙烯酸系陽離子交換樹脂(AC)為碳源，F(xiàn)eCl2作為催化劑，基于AC樹脂與Fe2+之間的配位作用以及鐵的滲碳作用，發(fā)展了可大量制備結(jié)晶度較好的單層和幾層的石墨烯的“原位自生模板法”。系列實(shí)驗(yàn)表明石墨烯形成有兩

4、個(gè)關(guān)鍵因素：一是在AC樹脂骨架中引入足量的Fe2+；二是形成滲碳鐵相。基于大量的實(shí)驗(yàn)，我們提出了石墨烯的形成機(jī)理。此外，還研究了石墨烯在甲醇燃料電池陽極催化劑載體方面的應(yīng)用。
　　 3、以玉米稈為碳源，與Ag十離子通過基團(tuán)配位作用進(jìn)行配位，碳化處理后制備了銀/碳復(fù)合體，并對(duì)殺菌性能進(jìn)行了研究。也可以同時(shí)與兩種離子([Fe(CN)6]4-和WO42-、[Fe(CN)6]4-和MoO42-)配位，原位同步合成了碳化鎢/納米碳復(fù)合體和

5、碳化鉬/納米碳復(fù)合體，并研究了碳化鎢/碳納米復(fù)合體在甲醇燃料電池陽極催化劑載體方面的應(yīng)用。
　　 4、以葡萄糖為碳源，分別與鐵、鈷、鎳離子通過基團(tuán)配位作用進(jìn)行配位，合成了磁性粒子/納米碳復(fù)合體，并研究了磁性粒子/納米碳復(fù)合體對(duì)染料羅丹明B吸附分離特性。同步與鐵和銀兩種離子配位，合成了Ag-Fe3O4/石墨碳(GC)復(fù)合體，并研究了這種復(fù)合體的抑菌性能。此外，同時(shí)將催化劑離子(Fe弘)及功能碳化物離子前驅(qū)體(PW12O403-、P