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多缺陷/超短碳纳米管及负载催化剂的制备与特性研究

罗永松  
【摘要】: 碳纳米管(CNTs)作为一种新型纳米碳材料,它具有极其特殊的导电、导热以及力学特性,现已成为纳米技术中最热门的研究对象之一,其潜在的应用日益受到人们广泛的关注。本论文以挖掘CNTs新的特性和负载催化剂的制备及应用进行了比较系统的研究,并得到一些具有一定创新性的结果。具体的研究工作主要集中在以下几个方面。 1.低温合成的CNTs(700℃)通过混酸纯化、热处理后,得到去功能化碳管(DF-CNTs),通过RAMAN、HRTEM、XPS和BET等物理化学表征手段对其表征显示,它的O/C原子比下降,拉曼光谱D模和G模相对强度I_D/I_G的比值增大,比表面积增大,呈现多缺陷性。进一步的光催化降解H_2O_2实验显示,该多缺陷碳管(DF-CNTs)具有光催化性能。 2.用浓HNO_3/H_2SO_4混酸化学氧化裁剪的方法制得短碳管(S-MWNTs),经过0.1μm的微孔滤膜过滤后,收集滤液可获得羧酸功能化很好的超短碳管(US-MWNTs)。与氧化裁剪前的MWNTs相比,US-MWNTs能产生荧光效应。并且发现羧酸化程度越高及MWNTs越短,其发射的荧光越强。 3.使用溶胶-凝胶法制备出TiO_2/碳纳米短管(S-MWNTs)复合催化剂,在TiO_2光催化剂的制备过程中加入一定量的S-MWNTs能够显著地提高催化剂的光催化性能,S-MWNTs和TiO_2的最佳质量配比为1%。XRD分析表明,少量S-MWNTs的掺入并不会改变TiO_2的晶型结构。UV-vis分析表明,S-MWNTs的添加增强了复合光催化剂对紫外光至可见光的吸收,并出现蓝移。 4.用低温的、分步合成的液相法制备出纳米Cu_2O花,在花的形成中,CTAB和NaOH起了关键性的作用,实验结果显示,纳米Cu_2O花的形成经历“成核-溶解-再结晶”过程,其演变可以分为四个阶段:(1)生成纳米Cu_2O颗粒;(2)部分Cu_2O颗粒开始溶解;(3)部分没有溶解的纳米Cu_2O颗粒表面再结晶成许多小突起;(4)随着反应的进行最终长成纳米Cu_2O花。 5.采用简易的湿化学方法得到纳米Cu_2O球均布于MWNTs表面的复合材料。分析显示,MWNTs取材于多缺陷碳管,在缺陷处布满了大量的含氧基团,它不仅增加了MWNTs的分散性,而且还为异质材料的成核提供较多的活性点。另外,加入适量的PVP可以抑制同质成核,促进异质的纳米Cu_2O在MWNTs缺陷处结晶成核生长。


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