一維碳納米材料的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、自從1991年碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來，這種由純碳原子組成的新型一維納米材料由于具有許多優(yōu)異的性質(zhì)和潛在的應(yīng)用前景，成為物理、化學(xué)、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域的研究前沿。其制備、性質(zhì)和應(yīng)用吸引了各國(guó)科學(xué)家的關(guān)注，已成為新材料研究的熱點(diǎn)，開拓并完善碳納米管的制備體系及應(yīng)用也已成為當(dāng)前的一個(gè)重要的研究課題。 本論文中，我們采用熱化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備出了具有不同顯微結(jié)構(gòu)的碳納米材料，如實(shí)心碳纖維，竹節(jié)狀碳納米管，多孔分叉碳纖維，單壁碳納米管

2、，雙壁納為碳管和多壁碳納米管等。文中我們主要采用了兩種催化劑，一種是采用溶膠凝膠燃燒法制備出的堿摻雜Cu/MgO催化劑，另外一種是采用冷凍干燥法制備出的Fe摻雜Mo/MgO催化劑。文中分別采用透射電鏡(TEM)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、激光拉曼光譜(Raman)、X射線衍射(XRD)、能譜分析(EDS)、熱重分析(TG)等對(duì)碳納米管和碳納米纖維等的顯微結(jié)構(gòu)和形貌及物理性能進(jìn)行了研究，利用二次電池測(cè)試儀

3、及電化學(xué)工作站測(cè)試了多孔納米材料的電化學(xué)性能。 利用堿摻雜Cu/MgO催化劑，以乙炔為碳源，氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣，氨氣為摻雜氣氛，采用熱CVD法合成出了一系列具有不同形貌結(jié)構(gòu)的碳納米材料，包括有實(shí)心碳纖維、竹節(jié)碳納米管、一端有竹節(jié)狀碳納米管另一端有分叉纖維的碳納米材料、具有多孔分叉結(jié)構(gòu)的碳納米纖維等。堿金屬摻雜在催化過程中起到了重要作用，沒有堿金屬的摻雜的銅催化劑毫無(wú)催化活性。堿摻雜含量和反應(yīng)溫度影響到了產(chǎn)物的形貌和碳沉積率，通過控

4、制堿摻雜量、反應(yīng)氣氛、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間可以得到形貌不同的碳納米材料。基于多孔分叉碳納米纖維的結(jié)構(gòu)，研究其在雙電層電容器中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)多孔碳納米纖維是一種優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)能材料。 利用Fe摻雜Mo/MgO催化劑，以甲烷為碳源氣體，氫氣為載氣，氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣，采用熱CVD法合成出了具有不同管壁數(shù)的碳納米管，并且基本做到了碳納米管管壁的可控制備。研究發(fā)現(xiàn)冷凍干燥法制備的催化劑要比溶膠凝膠燃燒法制備的催化劑更加有利于達(dá)到碳納米管管壁的可控