纳米碳管的制备、表面修饰及其初步用于葡萄糖生物传感器的研究

【摘要】：纳米碳管具有与金刚石相同的热导性和独特的力学性质、大的长径比以及纳米尺度的中空孔道,从而国内外学者都在大力开展其在场发射、电极修饰、分子电子器件、探针显微镜针尖、复合材料的增强剂、气体储存、催化剂载体等众多领域的应用。目前纳米碳管的制备方法主要有三种:电弧放电法、激光烧蚀法和化学气相沉积法。相对于前两种方法,化学气相沉积法则因其设备简单,反应温度低,操作方便,反应过程易控以及能大量制备而成为了目前最常用的方法。尽管当前大量制备纳米碳管已经有了较大的进展,但催化剂的催化效率仍然不高,因而开发出制备简便、高效的催化剂以期为工业化大生产而降低生产成本一直是研究者们的目标。我们的目的就是开发一种新型的可大量制备纳米碳管的催化剂,并对制备碳管的化学改性和初步应用进行探索性研究。 本文首次使用溶胶凝胶法制备了MgMoO_4单相催化剂。该催化剂可以较大量地生产高质量和较高纯度的多壁纳米碳管,反应2个小时后,制备的纳米碳管的质量接近原始催化剂量的30倍。在MgMoO_4单相催化剂里掺杂适量的过渡金属镍,所形成的Ni/Mo/MgO催化剂能够更高效地制备出高质量高纯度的多壁纳米碳管。用该催化剂反应2小时,制备的纳米碳管产量最大可达到原始催化剂量的80倍以上。而且本实验的结果容易重复,通过简单的放大,每克催化剂的单炉产量在半小时就可以达到40g以上。 对MgMoO_4单相催化剂的研究表明,其具有好的催化性能是因为具有适合碳管生长的酸性环境。还原前后的MgMoO_4催化剂在碳管制备过程中都有相变发生。在对实验数据和图表进行观察和分析的基础上提出了多壁纳米碳管束的生长机理,催化剂吸氢以后,还原的Mo颗粒从催化剂体相析出并分散在载体表面形成多层Mo纳米颗粒是导致纳米碳管成束的主要原因。对Ni/Mo/MgO催化剂的催化行为研究显示,反应气氛的比例对催化剂催化性能有较大影响,同时发现Ni/Mo/MgO催化剂在碳管生长过程中也有相变发生,充足的碳源以及Ni-Mo二者的相互协同作用提高了碳原子在金属颗粒的融入析出速率应该是该催化剂具有高效率,生长出质量高的纳米碳管的原因。 制备了用于制取单壁纳米碳管的Fe-Mo/MgO催化剂,实验发现,550℃下焙烧的催化剂具有最好的催化性能。该温度下催化剂活化效果佳及较适宜的酸碱性是催化剂具有较高活性