碳基纳米复合材料控制合成与催化应用

发布时间：2021-07-11 18:43

　　碳材料因其具有耐酸耐碱、热稳定性高、比表面积大、导电性高和生物相容性好等独特的物理化学性质,在催化、吸附、电化学和医药工程等众多领域都有广泛的应用。深入研究碳材料或者碳基复合材料的合成过程、结构表征及应用,对于发展材料制备科学和拓展碳材料的应用空间具有重要的意义。本论文以间苯二酚-甲醛树脂（resorcinol formaldehyde,RF）碳材料为研究主体,溶胶-凝胶法为主要研究手段,系统研究了RF复合材料的控制合成,在此基础上开展了RF基铂碳催化剂的研制以及催化性能研究。初步探索了特殊构型RF及其复合材料的控制合成条件,为进一步制备新型复合材料提供了更多实验基础。主要研究内容以及所取得的成果包括:1.以胶体二氧化硅微球为核体材料,针对RF包覆的核壳结构复合材料的制备过程进行了深入研究。实验结果表明,为增强核体材料与RF壳之间的相互作用,对核体颗粒进行合理化改性以改变其表面电性是实现RF成功包覆的关键。引入阳离子表面活性剂以及氨基官能团均能有效改变二氧化硅颗粒的表面负电性,从而成功实现Si O2@RF核壳结构复合材料的组装。此外,核体颗粒表面电性的改变还可以通过合成体系中自由粒子基... 

【文章来源】：辽宁师范大学辽宁省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）碳微珠的TEM照片[23]；（b）亚微米中空破球的SEM和TEM照片[24]

碳基纳米复合材料控制合成与催化应用-6-碳化将RF外壳方便地转化为碳壳。如图1.2分别是RF涂覆不同物质的透射电镜图。Wang[58]等通过两步溶胶-凝胶涂覆工艺，制备了均匀的SnO2@C蛋黄壳纳米球。首先将溶剂热法获得的SnO2纳米颗粒采用用经典的Stber方法涂覆一层二氧化硅，以生成SnO2@SiO2纳米球，然后涂覆RF的聚合物，产生了SnO2@SiO2@RF纳米球。最后将RF碳化，再对硅球进行刻蚀，得到SnO2@C纳米球。图1.2RF涂覆不同物质电镜图（a）ZrO2颗粒、（b）hollowTiO2球、（c）Fe3O4颗粒和（d）米粒状Fe2O3颗粒[57]Fig.1.2TEMimagesofRFcoatedcolloidalparticleswithdifferentcompositionsandmorphologies:(a)ZrO2particles,(b)hollowTiO2spheres,(c)Fe3O4particlesand(d)rice-shapedFe2O3particles1.4.2水热法水热法（Hydorthermalsynthesis）是指在特制的密闭高压釜中，以水为介质，以碳水化合物为原料，在一定高温高压下，进行一系列的化学反应。依据反应类型的不同水热反应可分为水热氧化、还原、化学、水解和结晶等，其中最常用是水热结晶。高温高压下水热反应具有特殊的性质：第一，分子或离子的热运动增加，从而提高了反应速率；第二，绝大多数反应物在高温条件下均能完全或部分溶解于水，从而促进了水解反应；第三，与常温常压比较，氧化还原电对的电极电势发生明显变化，从而影响化学反应的方向，使热力学上常温不易发生的反应可以顺利进行。除此之外，由于水处于高温高压状态，性质也发生了一些变化，如蒸气压变高、离子积变高、表面张力变低、粘度变低、

碳基纳米复合材料控制合成与催化应用-18-图3.1SiO2微球以及无修饰条件下SiO2/RF产物的TEM图（a）SiO2微球；（b）原始SiO2/RF；（c）焙烧SiO2/RF；（d）添加TEOSFig.3.1TEMimagesofSiO2microspheresandSiO2/RFcompositeswithoutmodification(a)SiO2microspheres,(b)freshSiO2/RF,(c)calcinedSiO2/RF,(d)additionofTEOS3.4配体修饰下SiO2微球表面RF树脂的包覆研究3.4.1修饰配体类型对RF包覆的影响3.3节中的研究发现，在常规的合成体系中，RF树脂无法对未经修饰的SiO2微球表面进行包覆，本节中我们研究不同类型配体修饰下，RF树脂在SiO2微球表面的包覆过程。在合成体系中分别加入阳离子表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵）CTAB、阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）SDS、直链脂肪胺（十二胺）DDA以及聚合物（聚乙烯吡咯烷酮）PVP，作为有机配体修饰SiO2微球，最终得到的包覆产物的TEM图片如图3.2所示。可以发现，添加阳离子表面活性剂CTAB的体系合成的产品具有典型的核壳结构（图3.2a），说明SiO2微球表面经过CTAB修饰后可以实现RF的包覆，这与文献报道的结果相一致[57]。相比之下，SDS，DDA以及PVP均不能成功诱导RF包覆在SiO2表面，尤其是PVP的加入，严重阻碍了RF树脂的形成，产物中只有SiO2微球（图3.2d）。需要说明的是PVP与二氧化硅有良好的亲和性，在Stber方法制备SiO2或者(b)

【参考文献】：
期刊论文
[1]微乳液法合成纳米材料的进展[J]. 张万忠,乔学亮,陈建国.  石油化工. 2005(01)
[2]自组装制备纳米材料的研究现状[J]. 王结良,朱光明,梁国正,赵雯,吕生华.  材料导报. 2003(07)
[3]化学气相沉积技术与材料制备[J]. 胡昌义,李靖华.  稀有金属. 2001(05)



本文编号：3278642