碳納米材料的可控制備、表征及應用研究.pdf

1、碳納米材料所具有的多樣性結構及各種優(yōu)異性能，使其在信息、生物、能源、環(huán)境保護等各個方面展示了巨大的應用前景。納米碳材料的結構、維度、形貌、尺寸等因素對它們的性能有著重要影響。因而，碳材料的調控合成是碳納米科技發(fā)展的重要組成部分，也是探索碳材料性能及應用研究的基礎。論文借助表面活性劑構筑的限域性微反應器的模板作用可控制備了四種不同的納米碳材料：碳納米管、空心碳納米膠囊、碳包覆鐵納米材料以及納米碳帶，研究了所得碳包覆鐵納米材料用于磁性分離催

2、化劑載體的可行性。具體的研究工作包括以下幾個方面： 借助四元微乳體系，即十六烷基三甲基溴化胺 (CTAB) /水/環(huán)己烷/正戊醇構筑的反相微乳為模板，以間苯二酚和甲醛為聚合單體，在溶劑熱條件下通過乳液聚合反應選擇性合成了具有不同形貌特征的碳前驅體，后經炭化分別制備了空心碳納米膠囊、碳納米管及碳包覆納米材料。利用 TEM、XRD、EDX、Raman、FT-IR及TG等測試手段，對合成樣品的形貌、結構及成分進行了分析。考察了水與表面

3、活性劑的摩爾比值、間苯二酚的加入量、甲醛的用量、三氯化鐵的添加、CTAB的濃度、溶劑熱過程的溫度和時間以及炭化溫度和升溫速率等實驗參數對生成產物的影響。結合測試分析結果，對納米碳管和納米碳空囊的形成機理進行了初步討論。采用該制備工藝可實現(xiàn)在合成過程中對碳納米材料尺寸和形貌等指標的調控。 以 CTAB 為模板劑，間苯二酚和甲醛為聚合單體，草酸亞鐵為金屬源，通過乳液聚合法制備了酚醛樹脂．鐵鹽前驅體，將其炭化得到了具有完好殼/核包覆結

4、構的碳包覆鐵納米材料(Fe@C)；考察了金屬鹽添加量、炭化溫度及炭化升溫速率等工藝條件對Fe@C形成的影響；磁性能及 N<,2>吸附測試結果表明 Fe@C 具有超順磁性及較高的比表面積。以 Fe@C 為催化劑載體，采用浸漬法制備了 Fe@C 負載金屬Ru催化劑 (Ru/Fe@C)，并將其用于苯甲醇選擇氧化制備苯甲醛的反應。研究結果表明，反應 4.5 h后，苯甲醇的轉化率和苯甲醛的選擇性均接近 100％。利用磁分離技術，Ru/Fe@C 可

5、被回收并多次使用，Ru/Fe@C 循環(huán)使用4次后，苯甲醛的選擇性可保持100％，苯甲醇的轉化率仍可達80％。 采用水熱法，以葡萄糖為聚合單體，借助十二烷基苯磺酸鈉 (SDBS) 的結構導向作用，制備了帶狀納米碳材料。EDX、XPS及FT-IR 測試結果表明納米帶為富碳高聚物，表面含有羥基、羰基等有機基團?？疾炝怂疅岱磻獪囟燃皶r間、SDBS 的添加及高溫炭化處理對產物形貌及組成的影響：隨著水熱碳化溫度的升高或反應時間的延長，所得碳

6、納米帶/片的尺寸增加，產物的結晶度變好。結合測試分析結果，初步探討了納米碳帶的形成機理。采用膠溶法獲得氫氧化鐵水溶膠，加入 SDBS 將其膠凝后，通過在氫氣及氮氣氣氛下的煅燒處理合成了 Fe 及Fe<,3>O<,4>催化劑，于 700℃下氣相沉積乙炔，分別制備了竹節(jié)狀及魚骨狀納米碳管。運用 SEM、TEM、XRD 等技術手段對碳材料的形貌、結構及組成進行了分析，討論了氣相沉積的時間及溫度對產物形貌的影響。此外，不采用任何催化劑，以氮氣/

7、氫氣混合氣為載氣，700℃下直接裂解乙炔，可同時制備空心及實心微米碳球，并可于反應器的不同位置收集產物?？疾炝顺练e溫度及載氣組成對生成產物形貌的影響，根據不同溫度下裂解乙炔所得產物的形貌變化，初步推測了空心及實心碳微球的形成機理。 以十二鎢磷酸為氧化劑，在水熱條件下對活性炭進行氧化改性，水熱氧化改性3天所得改性活性炭的噻吩脫除率為 39.6％，遠高于初始活性炭的脫硫效果 (11.8％)。表面活性劑的加入可以在提高脫硫率的前提下，