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金属氧化物/碳纳米管复合材料的制备及性能研究

史丹  
【摘要】:碳纳米管(CNTs)基复合纳米材料不仅具有一般复合材料的共性,而且由于其独特的物理、化学性质,使得此类复合材料具有不同于其他材料的特殊性质。本文通过不同的方法制备了Fe3O4/CNTs、Cu2O/CNTs和NiO/CNTs纳米复合材料,重点研究了处理温度、表面活性剂、反应条件等因素对产物结构和形貌等的影响,并测试了这些纳米复合材料的磁性能和电化学性能。 在160℃下用乙二醇作还原剂合成了Fe3O4/CNTs复合材料,随后对其进行煅烧处理。CNTs上的Fe3O4纳米颗粒由非晶转变成单晶,且颗粒尺寸及其分布范围也均随着煅烧温度的升高而增大。在室温下这些纳米复合材料表现出超顺磁性。 在240℃下用二甘醇作为溶剂和还原剂,醋酸纳(NaAc)为表面活性剂制备出了Fe3O4/CNTs复合材料。随着NaAc量的增加,Fe3O4纳米颗粒在CNTs上的分布更加均匀,且晶粒有长大趋势,Fe3O4的负载量也在增加,将其作为锂离子电池负极材料表现出良好的循环性能。 通过化学溶液法合成了Cu2O/CNTs复合材料,反应温度对复合材料影响较大。低于70℃时,产物为Cu2O和CNTs两相;高于70℃时,产生了单质Cu。在复合材料中,Cu2O以CNTs为基体自组装成网状结构,作为锂离子电池负极材料,其可逆容量为200 mAh g-1,在30次循环后仍保持了首次容量的80%。 以二甘醇作为溶剂首先合成前驱体,经煅烧后制备出NiO/CNTs复合材料,研究了煅烧温度对复合材料的影响。沉积在CNTs上的NiO颗粒形貌均匀,尺寸在30 nm以下;升高煅烧温度,能改善其结晶性。将其用作电容器电极材料,煅烧温度在300℃时的产物具有双电层效应;煅烧温度为400℃和500℃时则产生法拉第准电容效应。


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