碳纳米管复合中空微球的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2017-04-10 09:13

  本文关键词：碳纳米管复合中空微球的制备及其在超级电容器中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来,纳米级和微米级空心球在化学以及材料科学领域引起了越来越多的关注,尤其在催化、太阳能电池、传感器、药物载体、控制释放、分离提纯过程等方面具有潜在的应用。碳纳米管复合中空微球基于碳纳米管良好的电学以及机械性能,作为一种特殊的碳纳米管复合材料,已经得到越来越多科学家的研究和关注。其中,最为突出的是M. A. Correa-Duarte研究小组,他们利用层层组装技术,通过静电作用将碳纳米管吸附在二氧化硅、聚苯乙烯、三聚氰胺微球表面上,制备的三维空心笼状结构可以获得不同于一维、二维碳复合材料的特殊性能,在催化剂载体、光伏器件、生物传感器、电化学电容器等方面具有极大的潜在应用价值。然而,到目前为止,关于这种特殊复合材料的应用研究报道相对较少。 本文对碳纳米管复合中空微球的研究现状进行了概述,总结了不同的合成方法,制备了三种不同的碳纳米管复合中空微球,研究了其形貌特征以及导电性能,并制备成电极,研究了复合材料的电化学性能。其主要内容包括以下几个部分： 通过层层组装法,利用壳聚糖和羧基化多壁碳纳米管之间的静电作用,以磺化聚苯乙烯微球为模板,成功制备了壳聚糖和羧基化多壁碳纳米管复合中空微球。在组装过程中,研究了pH3和pH5两种条件下,对空心球碳纳米管含量以及导电性能的影响。通过Zeta电位测试和扫描电镜来观测壳聚糖和碳纳米管壳层的增长,比较两种pH条件下碳纳米管含量的差异,并分析了原因。通过透射电镜和扫描电镜表征空心球的形貌,发现空心球在刻蚀和干燥过程中发生膨胀和塌陷。通过热失重分析进一步研究两种pH条件下碳纳米管含量的差异,并研究不同刻蚀溶剂(DMF和甲苯)对空心球壳聚糖含量的影响。最后,通过电导率的测定,研究不同的pH条件和刻蚀溶剂对空心球导电性能的影响。 通过苯胺的原位聚合,以磺化聚苯乙烯微球为模板,制备了聚苯胺和羧基化多壁碳纳米管复合中空微球。通过扫描电镜和透射电镜表征空心球的形貌,利用拉曼光谱分析聚苯胺和碳纳米管之间的作用,通过热失重分析研究空心球聚苯胺和碳纳米管的相对含量。最后,通过电化学性能测试,研究壳层中的碳纳米管对空心球电化学性能的影响。 通过层层组装法,以磺化聚苯乙烯微球为模板,制备了聚苯胺纤维和羧基化多壁碳纳米管复合中空微球。为了稳定中空结构,我们用一种简单而有效的方法来加固复合壳层：苯胺的原位聚合法。通过扫描电镜,最终空心球的壳层不会像聚合前那样塌陷,这有利于维持空心结构的球形形貌。通过透射电镜和热失重分析,研究聚合前后壳层的厚度和含量的变化。利用拉曼光谱研究聚苯胺纤维和碳纳米管之间的作用,并分析最终空心球得到稳定的原因。最后,通过电化学性能测试,研究其在高性能超级电容器方面的潜在应用。
【关键词】：碳纳米管 空心球 壳聚糖 聚苯胺 层层组装技术 超级电容器
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O631.3;TB332
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 碳纳米管简介11-12
• 1.2 复合空心球简介12
• 1.3 碳纳米管复合中空微球的制备方法12-23
• 1.3.1 层层组装法13-22
• 1.3.1.1 静电作用13-20
• 1.3.1.2 静电作用和范德华力20-22
• 1.3.2 油包水乳液技术22-23
• 1.3.3 表面活性剂辅助法23
• 1.4 碳纳米管复合中空微球的应用研究23-26
• 1.4.1 电流变23-24
• 1.4.2 光寻址微容器24-25
• 1.4.3 生物传感器25-26
• 1.5 立题依据26-27
• 参考文献27-30
• 第二章 壳聚糖/羧基化多壁碳纳米管复合中空微球30-44
• 2.1 前言30
• 2.2 实验部分30-33
• 2.2.1 原料31
• 2.2.2 羧基化多壁碳纳米管31
• 2.2.3 模板31-32
• 2.2.4 复合中空微球32
• 2.2.5 表征方法32-33
• 2.3 结果与讨论33-41
• 2.3.1 羧基化多壁碳纳米管的透射电镜和拉曼光谱分析33-34
• 2.3.2 Zeta电位分析34-35
• 2.3.3 组装过程的扫描电镜分析35-37
• 2.3.4 空心球的透射电镜和扫描电镜分析37-39
• 2.3.5 热失重分析39-40
• 2.3.6 室温下电导率的测定40-41
• 2.4 小结41-42
• 参考文献42-44
• 第三章 聚苯胺/羧基化多壁碳纳米管复合中空微球44-57
• 3.1 前言44-45
• 3.2 实验部分45-47
• 3.2.1 原料45
• 3.2.2 羧基化多壁碳纳米管45
• 3.2.3 模板45-46
• 3.2.4 聚苯胺空心球46
• 3.2.5 复合中空微球46
• 3.2.6 表征方法46-47
• 3.3 结果与讨论47-54
• 3.3.1 扫描电镜分析47-49
• 3.3.2 透射电镜分析49-50
• 3.3.3 拉曼光谱分析50-51
• 3.3.4 热失重分析51-52
• 3.3.5 室温电导率的测定52
• 3.3.6 电化学性能测试52-54
• 3.4 小结54-55
• 参考文献55-57
• 第四章 聚苯胺纤维/羧基化多壁碳纳米管复合空心球的稳定化57-72
• 4.1 前言57-58
• 4.2 实验部分58-60
• 4.2.1 原料58-59
• 4.2.2 羧基化多壁碳纳米管59
• 4.2.3 聚苯胺纤维59
• 4.2.4 模板59
• 4.2.5 复合中空微球59
• 4.2.6 复合中空微球的稳定化59
• 4.2.7 表征方法59-60
• 4.3 结果与讨论60-67
• 4.3.1 层层组装过程中的现象分析60
• 4.3.2 透射电镜分析60-62
• 4.3.3 扫描电镜分析62-63
• 4.3.4 拉曼光谱分析63-64
• 4.3.5 热失重分析64-65
• 4.3.6 室温电导率的测定65
• 4.3.7 电化学性能测试65-67
• 4.4 小结67-69
• 参考文献69-72
• 全文总结72-73
• 研究生期间的主要科研成果73-74
• 致谢74

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