碳納米管-SnO2納米復(fù)合材料的制備、表征與應(yīng)用研究.pdf

1、自從碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)被發(fā)現(xiàn)以來,碳納米管作為一種新型碳材料,因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而倍受關(guān)注。碳納米管的應(yīng)用范圍涉及到納米制造、納米器件、生物醫(yī)藥、化學(xué)、物理、復(fù)合材料、儲(chǔ)能材料和電子源等眾多領(lǐng)域。目前已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十種CNTs的制備方法,其中熱化學(xué)氣相沉積法(CVD)以其效率高和成本低的優(yōu)勢(shì)而被廣泛使用。催化劑的制備是熱CVD法合成CNTs的關(guān)鍵因素之一,目前使用較多的仍然是Fe、Co、Ni以及它們

2、的合金等催化劑,研究其它新型的催化劑以便制備不同于常規(guī)CNTs的新型碳材料是目前的研究熱點(diǎn)之一。另外對(duì)基于CNTs的納米復(fù)合材料的研究表明,CNTs可以與聚合物、金屬和金屬氧化物等形成具有獨(dú)特理化性質(zhì)的納米復(fù)合材料,在材料領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用前景。為此本文圍繞新型碳材料的制備和CNTs的修飾展開,采用溶液共混法制備了Mo/MgO催化劑,并采用熱CVD法制備出一種密堆積多壁碳納米管束;采用溶液法制備了金屬摻雜和未摻雜的碳納米管/SnO2(

3、CNT/SnO2)納米復(fù)合材料,以此為前驅(qū)體,制備了一維SnO2納米管、SnO2納米線和納米帶,并詳細(xì)的研究了其氣敏性能。主要工作歸納如下:
　　1.首次采用溶液共混法制備了一種新型的Mo/MgO催化劑,并采用熱CVD法,以甲烷為碳源,Ar氣和H2氣為載氣,制備出一種結(jié)構(gòu)新穎的密堆積多壁碳納米管束,并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)表征。另外通過控制CVD沉積時(shí)間,研究了這種密堆積多壁碳納米管束的生長(zhǎng)過程,結(jié)合沉積初期的產(chǎn)物成份分析結(jié)果,提出了

4、其生長(zhǎng)機(jī)理并進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　2.采用溶液法制備了CNT/SnO2納米復(fù)合材料,并對(duì)其氣敏性能進(jìn)行了研究。通過考察復(fù)合材料制備時(shí)間和煅燒溫度對(duì)其氣敏性能的影響,研究了CNT/SnO2復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與其氣敏性能之間的關(guān)系,結(jié)果顯示碳納米管和SnO2納米顆粒之間的作用力對(duì)復(fù)合材料的氣敏性有重要影響,反應(yīng)2小時(shí)制備的復(fù)合材料中CNTs與SnO2納米顆粒之間的結(jié)合力最強(qiáng),并具有最佳的氣敏性能。
　　3.以CNTs為模板,在CNT/S

5、nO2納米復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,通過熱處理除去CNTs制備了多孔SnO2納米管,結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示這種SnO2納米管是由5至7納米的SnO2顆粒組成,而且SnO2顆粒之間存在大量的中孔,平均孔經(jīng)約為5納米。氣敏性能測(cè)試結(jié)果顯示,SnO2納米管對(duì)還原性氣體具有非常高的響應(yīng)靈敏度,在200℃的工作溫度下,對(duì)100 ppm的乙醇和丙酮的響應(yīng)靈敏度高達(dá)130和126;另外通過控制CNT/SnO2納米復(fù)合材料的制備時(shí)間,得到了結(jié)構(gòu)可控的多孔SnO2納米