收藏本站
《大连理工大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳纳米材料的可控制备及理论研究

赵雪飞  
【摘要】:以富勒烯、碳纳米管和石墨烯为家族成员的碳纳米材料是近年来纳米科技发展的一面旗帜,是众多科学家竞相研究的热点。随着研究工作的不断深入,从理论探讨到制备工艺开发都取得了一系列重大的突破。而碳纳米材料低成本规模化可控制备、生长机制至今仍然是限制其工业化应用的主要瓶颈。本论文工作以不同组成和结构特征的碳源为前驱体,系统研究了富勒烯和碳纳米管的可控制备和分离提纯,并对碳原子数60以下的低碳富勒烯加氢、卤化生成机制进行了理论研究。 主要研究结果如下: (1)优化电弧放电工况条件及固体碳源组成和结构,成功获得了高产率的富勒烯。采用12脉冲可控硅整流电源减小整流电压波动,改善直流放电质量和放电电弧平稳性,粗富勒烯收率明显优于6脉冲整流放电之结果;无烟煤、针状焦、石墨、膨胀石墨均是合成富勒烯的合适原料,其中以膨胀石墨为碳源,富勒烯产率最高,表明前驱体的结构与富勒烯产率之间有内在的关联。 (2)将模拟移动床色谱分离技术应用于粗富勒烯的分离提纯,获得了高纯度/高提取率的富勒烯。以粒径20μm-30μm、孔径12nm的球形ODS为固定相,一定比例的甲苯、甲醇混合溶剂为淋洗液,在模拟移动床色谱分离系统上可实现C60、C70与其他杂质的高效分离,从而获得高纯度、高产率的产品,其中C60纯度大于98%,提取率95.7%,C70的纯度大于98%,提取率达到98%。 (3)以煤、针状焦为碳源,可控制备得到了多种不同形貌和结构特征的碳纳米材料。采用直流电弧放电技术,在0.020MPa氦气气氛下,以白杨树煤(无烟煤)为原料,制备得到了大量管径50nm左右的开口竹节状碳纳米管和以绒毛球状组装结构存在的直径20nm-30nm的碳纳米纤维;以高度光学各向异性的针状焦为碳源,铁粉为催化剂,直流电弧放电获得了表面修饰铁纳米粒子(5nm-10nm)、长度达微米尺度、直径20nm-50nm的一维碳纳米棒结构;以针状焦为碳源,FeCl3作为催化剂前躯体,通过直流电弧放电制备出了高质量和高产率的双壁碳纳米管,表明针状焦是制备双壁碳纳米管的理想原料。 (4)利用密度泛函理论开展了富勒烯与H、F、Cl原子相互作用机理研究,为研究碳纳米材料的微观形成机制提供了有价值的信息。通过势能面分析和异构体之间转化活化能计算,对C28(Td)、C40(Td)的氢化与卤化机制进行了理论预测,发现C28(Td)、C40(Td)更容易与X(X=H、F、Cl)原子发生反应,生成更加稳定的C28(Td)X4和C40(Td)X4化合物。对C28(Td)X、C40(Td)X各自异构体相互转化的研究表明,它们之间的反应都是一步反应,由于反应通道的能垒较高,在室温下它们之间的相互转化难以实现。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘政,毛卫民;碳纳米管在军事上的应用前景[J];兵器材料科学与工程;2004年04期
2 曹茂盛,高正娟,朱静;CNTs/Polyester复合材料的微波吸收特性研究[J];材料工程;2003年02期
3 邱介山,周颖,王琳娜,杨兆国,韩红梅;煤基富勒烯的制备研究[J];大连理工大学学报;2000年S1期
4 刘桂霞,张红星,孙家锺,唐敖庆;C_(40)异构体的结构和稳定性的理论研究[J];高等学校化学学报;2003年01期
5 陈萍,王培峰,林国栋,张鸿斌,蔡启瑞;低温催化裂解烷烃法制备碳纳米管[J];高等学校化学学报;1995年11期
6 曹保鹏;掺杂B_4C对电弧法制备的富勒烯的影响[J];河北师范大学学报;1998年01期
7 邱介山,王琳娜,周颖;由脱灰煤制备富勒烯[J];化工学报;2002年11期
8 王利峡,赵峰,赵中华,陈滇宝,仲崇祺;球笼烯(C_(60))的研究及应用新进展[J];青岛化工学院学报;1997年02期
9 陈桉,毛宗强,朱宏伟,徐才录;平衡压力对碳纳米材料储氢的影响[J];清华大学学报(自然科学版);2002年05期
10 朱艳秋,张宏广,张继红,梁吉,高志栋,魏秉庆,吴德海, 惠梦君;巴基管的生长与结构分析[J];人工晶体学报;1994年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张麟;梁国正;杨莉蓉;何少波;;碳纳米管改性双马来酰亚胺树脂体系的性能[J];工程塑料应用;2007年02期
2 钮金芬;姚秉华;闫烨;;聚合物/CNTs复合导电材料研究进展[J];工程塑料应用;2007年07期
3 贾莉莉;毕红;王亚芬;;聚氨酯泡沫复合材料的制备及其吸波性能研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年05期
4 张立波,程锦荣,赵力,黄德才;碳纳米管储氢的计算机模拟研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年02期
5 冯猛;张羊换;王新林;;纳米碳球屏蔽涂料的制备与导电性能研究[J];安全与电磁兼容;2010年04期
6 刘政,毛卫民;碳纳米管在军事上的应用前景[J];兵器材料科学与工程;2004年04期
7 杜波;袁华;刘俊峰;曹敬煜;黄德欢;;镀钴碳纳米管/环氧树脂复合材料吸波性能研究[J];兵器材料科学与工程;2008年06期
8 王志锋;史秀梅;余宗宝;李国斌;;碳纳米管涂层红外发射率的研究[J];兵器材料科学与工程;2009年01期
9 刘家琴;叶敏;吴玉程;张立德;;Ni-Co-P/CNTs复合微波吸收剂的制备及表征[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
10 吴英;江永清;李斌;向毅;许迪;聂洪彬;;基于FIB技术的微纳单元的研制[J];半导体光电;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李凌;袁德成;井元伟;姜莹;;模拟移动床过程的优化方法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 黄华波;王继辉;;聚合物/碳纳米管复合材料的研究[A];第十七届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2008年
3 徐幸梓;王必本;张兵;张力;曾丁丁;;碳纳米管在X射线管中的应用[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
4 王全杰;秦雪飞;王乾乾;王延青;;碳纳米管的应用及均匀分散的研究进展[A];2010年全国皮革化学品会议论文集[C];2010年
5 毕红;吴先良;李民权;孙涛;李山东;顾民;;碳纳米管/聚苯胺/钴复合物的制备及其微波吸收特性研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
6 李杰;刘洋;潘志娟;;后拉伸对PA6/MWNTs纳米纤维纱力学性能的作用[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
7 程利;孙晓刚;高明;;电磁屏蔽硅橡胶研制[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
8 李凌;袁德成;井元伟;;模拟移动床过程模型的计算机仿真[A];Proceedings of 2010 Chinese Control and Decision Conference[C];2010年
9 彭欣;郭俊国;;现代光谱及色谱在中药复方化学研究中的展望[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(下册)[C];2007年
10 诸利达;吴惠箐;王艳;汪红;丁桂甫;;碳纳米管复合电沉积镍基薄膜材料研究[A];2007年上海市电子电镀学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张勇;纳米碳纤维的批量制备技术与装置研究[D];湖南大学;2010年
2 颜湘莲;交流输电线路单相接地潜供电弧自熄特性研究[D];中国电力科学研究院;2009年
3 严亚;碳纳米管基复合物的制备及其光催化和电催化性质研究[D];华东理工大学;2011年
4 鲁江;碳纳米管/Lyocell纤维的研制及其应用初探[D];东华大学;2010年
5 段连峰;溶剂热法合成不同形貌金属钴及磁性能研究[D];吉林大学;2011年
6 肖波;纳米管反应机理和石墨烯分子设计的理论研究[D];吉林大学;2011年
7 刘宁;表面修饰对稀土掺杂纳米发光材料发光性质影响的研究[D];吉林大学;2011年
8 丁兆勇;火焰法合成碳纳米管及合成机理研究[D];华北电力大学(北京);2011年
9 陈国祥;GaN纳米管和纳米带的结构稳定性及其电子性质的第一性原理研究[D];陕西师范大学;2011年
10 谢永贵;碳化钙与卤代烃、草酸化学反应制备微纳碳球及表征[D];中南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵霞;碳纳米管增强铝基复合材料组织及性能的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 王雅雯;碳纳米管储氢性能的第一原理研究[D];中国海洋大学;2010年
3 肖红;基于过渡金属材料储氢的机理研究[D];湘潭大学;2010年
4 王伟;多壁碳纳米管与振荡管热稳定性的模拟研究[D];湘潭大学;2010年
5 刘洪梅;脂肪酰基靛蓝类化合物的合成与性能研究[D];天津理工大学;2010年
6 戴玮;化学修饰电极检测亚硝酸盐[D];天津理工大学;2010年
7 王晓波;基于神经网络的电弧炉电流预测模型研究[D];天津理工大学;2010年
8 李玮玮;RF-PECVD法制备碳纳米管的工艺研究[D];天津理工大学;2010年
9 叶敏玲;碳纳米管基电极的制备及其在电分析中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
10 姜晨光;微/纳米生物复合纤维的电纺制备及其表征[D];北京服装学院;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李勃,肖国勇,林炳昌,马子都;模拟移动床分离紫杉醇[J];鞍山钢铁学院学报;2000年04期
2 曹茂盛,高正娟,朱静;CNTs/Polyester复合材料的微波吸收特性研究[J];材料工程;2003年02期
3 崔之栋,李德伏;常压液碱法含碳物料的提纯[J];大连理工大学学报;1993年06期
4 邱介山,周颖,王琳娜,杨兆国,韩红梅;煤基富勒烯的制备研究[J];大连理工大学学报;2000年S1期
5 李君,封继康,李志儒,王志中;足球分子的电子结构和UV谱的研究[J];高等学校化学学报;1991年06期
6 苏忠民,封继康,任爱民,张锁秦,孙家锺;用有限场和耦合微扰方法对N-氧化吡啶及其—NH_2,—NO_2单双取代衍生物非线性光学性质的研究[J];高等学校化学学报;2000年04期
7 龚植筠,徐文国,李前树;富勒烯C_(36)及其衍生物C_(36)H_(2n)的量子化学研究[J];高等学校化学学报;2001年06期
8 陈萍,王培峰,林国栋,张鸿斌,蔡启瑞;低温催化裂解烷烃法制备碳纳米管[J];高等学校化学学报;1995年11期
9 王非,郑珩,余永柱,杨欣;高纯度茄尼醇的现状与市场前景[J];化工进展;2005年06期
10 邱介山,周颖,张红兵,罗长齐,周红艺;煤基富勒烯(C_(60))的制备与提纯[J];化工学报;1997年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈壹华;;碳纳米材料制备方法及其应用特性[J];炭素技术;2008年06期
2 朱永春;钱逸泰;;溶剂热法合成碳纳米材料[J];无机化学学报;2008年04期
3 承倩怡;周鼎;韩宝航;;碳纳米材料的超分子表面修饰及应用[J];高等学校化学学报;2011年09期
4 关磊;;碳纳米管构成的二维和三维碳纳米材料的研究进展[J];材料导报;2011年05期
5 ;碳纳米材料展示令人鼓舞的应用前景[J];纳米科技;2010年04期
6 王迎春;史宝平;;碳纳米材料制备技术的进展[J];化学工业与工程技术;2009年03期
7 王红霞;刘代志;翟为刚;;不同碳纳米材料的微波衰减性能研究[J];含能材料;2007年02期
8 徐磊;段林;陈威;;碳纳米材料的环境行为及其对环境中污染物迁移归趋的影响[J];应用生态学报;2009年01期
9 陈坚;曹志群;谢美求;陈泽宗;;碳纳米球的制备研究[J];金属材料与冶金工程;2007年04期
10 ;科学家合成用于燃料电池碳纳米材料[J];物理通报;2000年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 程金平;郑淑娴;;碳纳米材料的体内体外毒理学研究[A];中国毒理学会环境与生态毒理学专业委员会第二届学术研讨会暨中国环境科学学会环境标准与基准专业委员会2011年学术研讨会会议论文集[C];2011年
2 晏晓敏;盖克;石宝友;;分散碳纳米材料对有机污染物的吸附[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
3 孙大明;陈开友;谭峰;;基于碳纳米材料修饰电极的亚硝酸根电化学检测[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
4 王海芳;;碳纳米材料的安全性研究及解决方案[A];第六届海峡两岸毒理学研讨会论文集[C];2011年
5 郑俊鹏;舒春英;王春儒;;以碳纳米材料为载体的磁共振成像造影剂的研究进展[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 赵慧敏;全燮;刘猛;;基于功能化碳纳米材料的传感设计与应用[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
7 全翠;李爱民;;利用废电路板热解油制备碳纳米材料的研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
8 金传洪;林芳;;低加速电压球差校正电镜表征碳纳米材料微结构[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
9 张艳;苑春刚;张杨阳;;磁性碳纳米材料吸附脱除水中汞离子[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
10 陈惠;林金明;;碳纳米材料在碳酸盐化学发光体系中的应用研究[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李宏乾;我国碳纳米材料应用研究攻关正酣[N];中国高新技术产业导报;2010年
2 本报记者 赵亚萍;我的衣服很“聪明”[N];科技日报;2003年
3 ;奇特的服装[N];北京科技报;2003年
4 尔文;我国碳纳米材料研究敢与世界论短长[N];中国有色金属报;2002年
5 本报记者 李宏乾;碳纳米材料:化工新秀放异彩[N];中国化工报;2010年
6 ;拟停止碳纳米材料项目[N];中国证券报;2002年
7 乔阿光;太空梯 碳纳米材料将科幻变为可能[N];科技日报;2002年
8 本报记者 庞利萍;碳科技:造就未来新材料明星[N];中国化工报;2011年
9 黄中;碳纳米管及其应用[N];中国知识产权报;2001年
10 刘霞;吸入碳纳米管可影响人体免疫力[N];科技日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵雪飞;碳纳米材料的可控制备及理论研究[D];大连理工大学;2011年
2 梁先庆;碳纳米材料的X射线吸收谱学研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 安玉良;生物基碳纳米材料的制备与性质研究[D];大连理工大学;2004年
4 祁小四;新颖碳基纳米材料的合成与性能研究[D];南京大学;2011年
5 张红雨;碳纳米材料中原子扩散和化学反应的理论研究[D];山东大学;2011年
6 邢刚;液体中电弧放电生成碳纳米材料及其磁场控制的实验研究[D];西安交通大学;2009年
7 朱玲玲;碳纳米材料的合成、表征与性能研究[D];中国科学技术大学;2012年
8 李湛;同位素示踪法研究碳纳米材料对小鼠胃动力的影响及体内分布[D];兰州大学;2011年
9 王音;碳纳米材料设计及相关物理问题研究[D];复旦大学;2010年
10 刘光焕;碳纳米材料的模板法制备与结构表征[D];太原理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈其隆;层状结构催化剂可控制备碳纳米材料研究[D];北京化工大学;2011年
2 武学丽;碳纳米材料表面接枝聚合物改性[D];兰州大学;2010年
3 姚淑艳;基于低维碳纳米材料及其复合物传感界面的构筑及应用研究[D];青岛大学;2012年
4 张虎;铜基体上化学气相沉积法原位生长碳纳米材料的研究[D];天津大学;2012年
5 欧阳湘元;基于碳纳米材料的非标记荧光核酸探针设计[D];湖南大学;2011年
6 牛强;铜锌基复合催化剂CVD法制备的碳纳米材料及其性能研究[D];浙江大学;2010年
7 刘静;碳纳米材料的制备与表征[D];山东大学;2010年
8 张波;碳纳米材料的制备表征及性能研究[D];山东大学;2011年
9 程秀丽;碳纳米材料在痕量元素分离富集与分析中的应用研究[D];武汉工业学院;2011年
10 郭德音;碳纳米材料在电化学传感器中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026