碳納米管、氧化石墨烯-三元硫屬化合物納米雜化材料的制備及其性質研究.pdf

1、從零維的富勒烯、一維的CNTs、二維的石墨烯到三維的石墨和金剛石，碳材料因其獨特的物理、化學性質，一直以來都是國內外科研工作者研究的熱點。由于碳納米管和氧化石墨烯具有杰出的光學、電學、熱力學、機械和化學性能，科學領域更是對此興起了研究熱潮。為了充分利用并進一步優(yōu)化碳材料的優(yōu)良特性，人們嘗試以碳材料作為載體，在其表面修飾各種有機、無機以及生物材料，并制備了一系列具有獨特性能的納米雜化材料，優(yōu)化了材料性能，拓寬了材料的應用領域。Ⅰ-Ⅳ(Ⅲ)

2、-Ⅵ族化合物是三元硫屬化合物中的一個重要體系，其優(yōu)良的光學、電學和機械性能使其在非線性光學和中間帶系半導體材料中具有廣泛的應用。本論文主要研究在碳納米管和氧化石墨烯表面修飾三元硫屬化合物納米粒子，并對所合成納米雜化材料的結構和性質進行了一系列表征，同時測試了其非線性光學性質和電化學性能。全文共四章。
　　 第一章分別總結概括了碳納米管和氧化石墨烯的結構、性質和以二者為載體的納米雜化材料的制備方法，整理了碳納米管及其雜化材料在光學

3、非線性方面的研究進展以及氧化石墨烯及其雜化材料在電化學傳感器方面的研究進展，最后提出了本論文的研究設想。
　　 第二章介紹了一種MWCNT/AgBiS2納米雜化材料的制備方法。采用溶劑熱法，以強酸預處理的碳納米管為載體，以乙二醇和丙三醇的混合溶液為溶劑，在多壁碳納米管表面均勻地原位沉積上AgBiS2化合物納米粒子。我們從溶劑比例、投料量、反應溫度、反應時間及投料比等條件出發(fā)，探究了在多壁碳納米管表面上原位修飾三元金屬硫化物納米粒

4、子的最佳合成條件。通過一系列電鏡和光譜等表征手段，我們對MWCNT/AgBiS2納米材料的結構和性質進行了分析。結果表明，在乙二醇和甘油體積比為1∶1.5的溶劑體系中才能得到形貌較好的MWCNT/AgBiS2納米雜化材料，半導體納米粒子的粒徑為40±5nm。此外，對于形貌較好的材料，我們采用開口z掃描技術和光限幅技術探究了材料在激光波長為532 nm處的非線性以及光限幅性質。實驗表明，在140℃/6 h和200℃/1 h條件下所制備材料

5、的光限幅性能優(yōu)于CNTs的光限幅性能，雜化材料的光限幅性質可能主要由非線性散射和非線性吸收共同導致。
　　 本章中我們還嘗試選用其他溶劑體系來制備MWCNT/AgBiS2納米雜化材料。分別選用二甘醇、乙二醇、甘油、二甘醇與乙二醇混合溶劑、二甘醇與甘油的混合溶劑以及二甘醇與乙二醇的混合溶劑作為反應溶劑。通過XRD和FESEM對材料進行表征，我們發(fā)現(xiàn)以二甘醇作為反應溶劑，通過改變條件納米粒子較容易修飾到CNTs表面，且在碳管上的分布

6、較為均勻。但XRD數(shù)據結果表明材料中除目標產物AgBiS2外，常含有雜質Bi2S3，且在二甘醇存在的混合溶劑體系中也較容易出現(xiàn)Bi2S3雜質。以乙二醇為反應溶劑的情況下，XRD表明所得材料為純AgBiS2，但所得納米粒子的粒徑較大，且不能夠均勻地修飾在碳納米管上，原因可能在于溶液粘度較小，納米粒子生長速度過快，從而導致納米粒子的團聚，使其難以附著到碳納米管表面。甘油為反應溶劑時，因其粘度過大，不易得到純凈且形貌良好的雜化材料。結果表明，

7、只有以乙二醇和甘油的混合溶劑作為溶劑體系時，才能得到純凈的AgBiS2，并且通過適當調整反應條件，可得到形貌均一、修飾均勻的MWCNT/AgBiS2化合物納米雜化材料。
　　 第三章采用前驅體高溫分解和溶劑熱相結合的方法，在氧化石墨烯表面均勻地原位修飾上一層AgInS2半導體納米粒子。首先采用改良的Hummers法制備出氧化石墨烯，接著選用AgNO3和InCl3·4H2O分別與配位劑三水合二乙基二硫代氨基甲酸鈉(DEDC)反應得

8、到前驅體配合物，然后將氧化石墨烯和前驅體以一定比例分散在疏水溶劑中，最后在聚四氟乙烯內膽中進行熱解。實驗最終得到以氧化石墨烯為基底的，原位沉積了AgInS2的納米雜化材料。我們通過調控反應條件，得到了純凈的、粒徑均一、氧化石墨烯表面粒子分布均勻的納米雜化材料。選取一部分修飾較好的材料對其進行了一系列結構和性質表征。最后我們將所合成的雜化材料應用于電化學研究中，進行NO2-的檢測。結果顯示，以GO/AgInS2作探針的電化學傳感器，其檢測