碳纳米管的化学修饰及碳纳米短管改性二氧化钛光催化剂

【摘要】： 碳纳米管是一种具有稳定化学性能、极强力学性能、良好电学性能和独特吸附性能的一维纳米材料。自1991年被发现以来，这种新型碳素材料以其独特的性能和潜在的应用价值引起了人们的广泛关注，已成为物理、化学和材料科学界的研究热点。随着对碳纳米管合成技术和纯化研究的不断完善，关于它的研究方向开始转为化学反应和应用研究。 由于碳纳米管巨大的分子量，直接导致了碳纳米管的不可溶解性而限制了对其化学性质的研究。然而，当碳纳米管的结构发生特定变化并产生一些具有反应活性的官能团(如羟基、羧基等)之后，碳纳米管的有机化学反应就有可能进行。我们综述了有关碳纳米管化学修饰的概况，其中都是利用一胺对碳纳米管进行改性，这样就形成了酰胺基团。本论文首次用二胺对碳纳米管改性，以求在碳管中引入胺基团。为了在碳纳米管上引入胺基团，先对CVD法制备的多壁碳纳米管进行了有效的纯化和功能化，用TEM和Raman光谱表征了纯化过程中的杂质变化和碳纳米管的形态结构，然后用DCC缩合剂使功能化了的多壁碳管和乙二胺反应，并采用FT-IR红外光谱和Raman光谱对反应前后的碳管进行了表征。表征结果表明反应前碳纳米管的端口及侧壁已被有效功能化；反应后碳纳米管和乙二胺通过酰胺键连接起来，增强了碳纳米管在有机溶剂中的溶解性；反应前后碳纳米管结构未发生变化。引入的胺基团可以进行进一步的有机共价功能化。另外，经乙二胺修饰的多壁碳管能够溶于二氯甲烷等有机溶剂，这对于进一步研究碳纳米管的化学性质及应用具有重要的意义。 本文还利用碳纳米管特殊的比表面积和孔隙结构，尤其是以离散状态存在的开口的碳纳米管，具有很大的表面积和良好的吸附性能，可用来作为催化剂的载体，最大限度提高催化剂的催化作用。而且，碳纳米管是电的良导体，可以导走电子，减小空穴电子的复合几率。根据碳纳米管的这些性质，自制了碳纳米管短管，TEM观察可知该样品中小于500nm的短管含量约为82％以上，且分布较均匀；并且通过掺杂碳纳米管短管对光催化剂TiO_2进行了改性研究。在TiO_2光催化剂改性研究中，采用碳纳米管短管为载体，以钛酸四丁酯为前 纂黯氯 驱物，采用溶胶凝胶法制备复合光催化剂TIOZ一CNTs，采用TEM、XRD、BET 比表面积测定等手段进行了表征;又以活性艳红X一3B溶液为模拟印染废水， 考察TIOZ.CNTs的光催化活性，并与纯TIOZ光催化剂进行比较。结果表明， 与纯Tio:相比，TioZ一cNTs复合材料具有较高的比表面积(247.7衬/g)、粒径 小(18.gnln)、呈锐钦矿型晶体结构;并且不管是作为悬浮剂还是电极其光催 化活性都有较大提高;更稳定，具有实用性。

【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：O643.3