碳納米材料的合成及其性能研究.pdf

1、新型碳材料的合成一直是材料學(xué)工作者努力研究的課題。在對(duì)碳材料的合成方法、性能應(yīng)用等方面進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上。本論文采用高壓釜中的還原催化/熱解法成功的合成出剪紙狀碳材料、空心碳球、片化碳球、表面光滑的球、蜂窩狀碳材料，通過(guò)一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)探討了反應(yīng)的形成過(guò)程，并初步研究其在凈水方面的應(yīng)用，儲(chǔ)鋰性能，儲(chǔ)氫性能。主要內(nèi)容歸結(jié)如下：
　　 1．在高壓釜中通過(guò)二茂鐵與四氯乙烯在600℃的條件下共熱10小時(shí)成功制備出剪紙狀結(jié)構(gòu)碳材料，其結(jié)晶

2、性較差，BET比表面積高達(dá)1209m2/g，孔徑主要分布在微孔區(qū)域(0．58nm—1．2nm)。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)的溫度、二茂鐵的用量對(duì)剪紙狀碳的合成成功的關(guān)鍵。通過(guò)不同的二茂鐵用量，可以選擇性的合成剪紙狀碳和空心碳球(直徑在100nm—200nm)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道，提出可能的形成過(guò)程通過(guò)對(duì)比剪紙狀碳對(duì)苯酚和羅丹明—B的吸附實(shí)驗(yàn)，表明該材料對(duì)廢水中的有機(jī)物具有叫高的吸附量，特別的是對(duì)于較小的有機(jī)分子具有很強(qiáng)的吸收能力。通過(guò)T

3、eflon模擬電池發(fā)現(xiàn)剪紙狀碳材料首次放電容量可以達(dá)到403．2mAh/g，但是鋰離子在剪紙狀碳材料可逆嵌入—脫嵌容量較低，首次放電容量?jī)H僅為120．6 mAh/g。儲(chǔ)氫測(cè)試表明，剪紙狀碳材料在低溫(77K)及常壓(1bar)下，儲(chǔ)氫量可達(dá)4．3wt％，因此該材料在儲(chǔ)氫領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。
　　 2．在高壓釜中通過(guò)金屬鈉作為還原劑，強(qiáng)路易斯酸三氯化鋁作為催化劑，在600℃下反應(yīng)10小時(shí)成功合成出高產(chǎn)率(～90％)的片花碳球。碳球

4、的直徑集中分布在120nm—200nm，碳球邊緣所生長(zhǎng)的碳片的厚度在5nm—10nm之間。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度，金屬鈉的加入量，無(wú)水三氯化鋁的加入量等對(duì)產(chǎn)物的形貌具有較大的影響。通過(guò)掃描電子顯微鏡和拉曼光譜表征證明無(wú)水三氯化鋁的加入對(duì)片花的形成具有重要的作用。通過(guò)反應(yīng)參數(shù)的不同，可以選擇性的合成片花球、表面光滑的碳球和蜂窩狀碳。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)報(bào)道，提出可能的反應(yīng)機(jī)理。片花碳球比表面積為45．3m2/g。根據(jù)Barrett—Jo

5、yner—Halenda(BJH)計(jì)算方法得到孔徑主要分布在5．2nm和45．6nm附近，孔容為0．22cm3/g。
　　 3．在高壓釜中通過(guò)二茂鐵和草酸鋰在600℃條件下進(jìn)行固相反應(yīng)，制備出了高產(chǎn)率的碳納米管。碳納米管的直徑在20nm附近。通過(guò)測(cè)試碳納米管在低溫下氮?dú)狻矫摳降葴鼐€，計(jì)算出碳納米管的比表面積為301．2m2/g和孔徑集中分布在4．1nm和18．3nm附近。通過(guò)對(duì)碳納米管的熱重分析，表明所制得的碳納米管在氮?dú)夂?/p>