纳米孔无机材料模板法制备一维和二维碳纳米材料的研究

发布时间：2017-07-16 21:39

  本文关键词：纳米孔无机材料模板法制备一维和二维碳纳米材料的研究

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【摘要】：近年来使用模板法制备碳纳米材料引起了人们广泛的重视。基于模板的空间限域作用和模板剂的调控作用,该方法实现了对目标材料的形貌、结构、大小、排布等的控制,是合成一维纳米材料的一项有效技术。本文采用水滑石和埃洛石两种无机材料作为模板,制备得到一维和二维碳纳米材料,考察碳源添加量,碳化温度等条件对产物的影响。采用XRD、IR、拉曼、SEM、TEM、XPS、BET等手段对所得到的材料进行一系列的表征。采用钴铝水滑石(CoAl-CO32--LDH)为模板,对苯乙烯磺酸钠(SSS)为碳源,利用模板层间离子可交换性,在LDH层间插入碳源,通过高温碳化和酸洗除去模板过程来制备得到二维石墨烯材料。结果表明,碳化温度为600℃既可成功制备得到石墨烯材料,此时产物的石墨化程度最高,且产物复制了模板水滑石的形貌,呈现六边形,尺寸达到微米级别。其中模板钴铝水滑石中所含有的催化活性Co元素,起到加快碳化的作用。以埃洛石(HNTs)为模板,聚乙烯醇(PVA)为碳源,利用HNTs的管状结构,采用模板法结合有机物修饰法成功制备得到一维碳纳米管材料。研究了碳纳米管的形成过程,结果表明,PVA是通过与HNTs表面的羟基结合,附着在HNTs的表面,形成中空管状结构的PVA/HNTs复合物。该复合物经高温碳化和酸洗去除模板过程,得到非晶态结构的碳纳米管材料。考察碳化温度对产物的影响,结果表明,产物的石墨化程度随着碳化温度的升高而降低,说明HNTs模板对碳源的石墨化具有一定的阻碍效应。以埃洛石(HNTs)为模板,聚乙烯醇(PVA)为碳源,利用HNTs的中空管状结构,采用纳米浇筑法制备得到碳纳米棒材料。研究了碳纳米棒的形成过程,结果表明,PVA被填充进入HNTs的管径内,并在管径内堆积,将管径填满,形成PVA/HNTs复合物。研究碳源添加量不同对产物的影响,结果表明,当碳源与模板的质量比为2：1时,表现出更好的填充效果,更高的含碳量及更高的石墨化程度。以埃洛石(HNTs)为模板,聚乙烯醇(PVA)为碳源,采用水热法同样可以得到碳纳米棒材料。考察碳化温度不同对两种方法所得碳纳米棒材料的影响,结果都表明,产物的石墨化程度随碳化温度的升高而下降,说明HNTs模板对碳源的石墨化具有一定的阻碍效应。
【关键词】：模板法 水滑石 石墨烯 埃洛石 碳纳米管 碳纳米棒 碳化温度
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TQ127.11
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 文献综述7-24
• 1.1 引言7
• 1.2 模板法的简介7-8
• 1.2.1 模板法的分类7-8
• 1.3 硬模板法制备石墨烯的研究进展8-10
• 1.4 硬模板法制备碳纳米管的研究进展10-12
• 1.5 硬模板法制备碳纳米棒的研究进展12-15
• 1.6 纳米孔材料的简介15-18
• 1.6.1 水滑石的简介15-16
• 1.6.2 水滑石作为模板制备二维石墨烯的研究进展16-17
• 1.6.3 埃洛石的简介17-18
• 1.6.4 埃洛石纳米管作为模板制备一维纳米棒的研究进展18
• 1.7 本论文的创新点18-19
• 1.8 本论文的研究内容19-20
• 1.9 参考文献20-24
• 第二章 层状纳米孔水滑石模板法制备二维石墨烯的研究24-39
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验试剂24
• 2.2.2 实验仪器表24-25
• 2.2.3 实验步骤25-26
• 2.2.4 测试与表征26
• 2.3 结果与讨论26-36
• 2.3.1 水滑石插层条件的研究26-29
• 2.3.2 插层水滑石制备二维石墨烯29-36
• 2.4 本章小结36-37
• 2.5 参考文献37-39
• 第三章 埃洛石为模板制备碳纳米管的研究39-56
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 实验试剂39-40
• 3.2.2 实验仪器表40
• 3.2.3 实验步骤40-41
• 3.2.4 测试与表征41
• 3.3 结果与讨论41-53
• 3.3.1 PVA修饰HNTs表面的研究41-45
• 3.3.2 埃洛石制备一维碳纳米管的研究45-51
• 3.3.3 碳纳米管的合成原理51-53
• 3.4 本章小结53-54
• 3.5 参考文献54-56
• 第四章 埃洛石为模板制备碳纳米棒的研究56-79
• 4.1 引言56
• 4.2 实验部分56-59
• 4.2.1 实验试剂56-57
• 4.2.2 实验仪器表57
• 4.2.3 实验步骤57-58
• 4.2.4 测试与表征58-59
• 4.3 结果与讨论59-76
• 4.3.1 PVA填充HNTs纳米孔的研究59-62
• 4.3.2 埃洛石制备一维碳纳米棒的研究62-70
• 4.3.3 水热法制备一维碳纳米棒的研究70-76
• 4.4 本章小结76-77
• 4.5 参考文献77-79
• 第五章 结论与展望79-81
• 5.1 全文总结论79-80
• 5.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 硕士研究生期间发表论文82-83

【参考文献】

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1 唐立平;张海涛;李孟丽;熊绪茂;慕新元;杨晓龙;胡斌;;MgO-CNTs复合载体负载的铁基催化剂用于CO加氢制备低碳烯烃催化性能研究(英文)[J];分子催化;2012年05期

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本文编号：550677