非金属掺杂碳纳米材料的制备及性能研究

发布时间：2017-08-05 09:20

  本文关键词：非金属掺杂碳纳米材料的制备及性能研究

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【摘要】：自从Iijima合成碳纳米管以来,不同结构碳纳米材料由于其优异的物理和化学性能备受国内外科研工作者的关注。目前碳纳米材料主要的制备方法有:电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法。这些方法的共同点是利用过渡族金属物质(如Fe、Co、Ni等)作为催化剂,难以去除的催化剂颗粒给碳纳米材料的表征和应用带来了很大的困难。因此,人们至今仍未真正地理解其本征性能。为了合成出高纯度无损坏的碳纳米材料,本文拟利用水溶性盐作为催化剂,采用化学气相沉积法,通过催化裂解乙炔的方法探究碳纳米材料的合成,其具体研究工作如下:(1)采用溶胶凝胶法合成出不同钾钠比的碱金属碳酸盐,并以此为催化剂,利用化学气相沉积法探究碳纳米材料的合成。研究结果表明通过调变催化裂解的温度和催化剂材料的Na和K原子比,可以可控地合成不同结构和产率的碳纳米材料。由于催化剂的水溶性特点,样品经过水洗过程即可实现高纯度无损坏碳纳米材料的合成。样品光致发光性能研究结果表明所合成的碳纳米材料分别在367nm和467 nm位置表现出较强的紫外光和蓝光的发光峰。与之前所报告的碳纳米材料相比,发光峰的移动可能与其结构有着很大的关联。(2)根据以上研究结果,本研究部分,以KOH和柠檬酸为起始原料,采用溶胶凝胶法合成出K2CO3并以此为催化剂,通过调变催化裂解温度,在400和500 o C条件下可控地合成出高选择性的碳纳米纤维和螺旋碳纳米管。并且,结果表明高的裂解温度不利于高产率碳纳米材料的合成。(3)为了探究氮掺杂对碳纳米材料发光性能的影响,我们上述实验所制备的碳纳米纤维为被掺杂对象。通过以氨气为氮源,分别在500和600 o C下退火,XPS测试结果表明,在500 oC以下很难将N掺杂到碳纳米纤维中。在600o C条件下可合成出氮掺杂的碳纳米纤维。样品的光致发光性能研究结果表明:氮的掺杂可降低碳纳米纤维的紫外发光峰强度,这可能由于氮原子的掺杂能够修复碳纳米纤维的缺陷和空位所致。
【关键词】：水溶性催化剂 碳纳米材料 非金属掺杂 光致发光性能
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-29
• 1.1 碳纳米材料8-14
• 1.2 碳纳米材料的性能14-16
• 1.2.1. 力学性能14-15
• 1.2.2 光学性能15
• 1.2.3 电化学性能15-16
• 1.3 碳纳米材料的应用16-17
• 1.3.1 场发射器件16
• 1.3.2 复合材料16-17
• 1.3.3 微波吸收材料17
• 1.3.4 储氢材料17
• 1.4 碳纳米材料的制备方法17-20
• 1.4.1 石墨电弧法17-18
• 1.4.2 激光烧蚀法18
• 1.4.3 化学气相沉积法18-20
• 1.5 本文研究目的与主要工作20-22
• 参考文献22-29
• 第二章 碳纳米材料的制备与表征29-35
• 2.1 碳纳米材料的制备29
• 2.2 碳纳米材料的表征29-35
• 第三章 水溶性钾钠盐合成碳纳米材料及其发光性能研究35-53
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.3 实验结果和讨论37-46
• 3.4 本章小结46-47
• 参考文献47-53
• 第四章 水溶性K_2CO_3催化合成碳纳米材料53-61
• 4.1 引言53
• 4.2 实验部分53-54
• 4.3 实验结果和讨论54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 参考文献59-61
• 第五章 氮掺杂碳纳米纤维的合成及光学性能研究61-73
• 5.1 引言61-62
• 5.2 实验部分62-63
• 5.3 实验结果和讨论63-68
• 5.4 产物的光致发光68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 参考文献70-73
• 第六章 全文总结73-75
• 6.1 水溶性钾钠碳酸盐催化剂可控合成碳纳米材料73
• 6.2 水溶性K_2CO_3催化可控合成碳纳米纤维和螺旋碳纳米管73-74
• 6.3 氮掺杂碳纳米纤维的合成及其光学性能研究74-75
• 附录75-76
• 致谢76-77

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本文编号：624153