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碳、二氧化钛基纳米复合材料的可控制备与应用

郑荣波  
【摘要】: 碳基纳米复合材料由于耐溶剂性、大比表面积、导电性好等优异性能,在电泳显示器、锂离子电池、催化、生物医学等领域具有广阔的潜在应用前景,成为当前材料领域的研究热点。本论文主要采用超声雾化高温热解法,解决碳基纳米复合材料现有制备方法中存在的原材料成本高、环境不友好、过程繁琐、周期长、不易连续化规模化、普适性差等问题。通过选择不同碳源,可控制备几种不同形貌的新功能纳米复合材料,并对其进行了表征和应用实验。主要工作和成果如下: 1.首次设计出一条普适性的、一步、无模板路线,以柠檬酸钠、金属盐水溶液为前驱体,合成出rattle-type中空碳球(M@carbon, M = Sn、Pt、Ag或Fe-FeO纳米颗粒),并将其应用在锂离子电池负极材料,解决了Sn基负极材料易粉化、循环性能差的问题; 2.探索了一条快速、无模板的新路线,合成出多孔中空磁性球,Fe3O4纳米颗粒随机分布在碳中空球的碳壳内。与目前文献报道的磁性多孔碳中空球相比,具备Fe3O4含量(71 wt %)高、饱和磁化强度(48.2 emu/g)高、极性非极性溶剂分散性好、耐酸性强等优点; 3.根据国家自然科学基金(No.60736001)项目需求,创新性的发展了一条“掺杂—腐蚀”的路线,合成出密度可调(1.5-2.2 g/cm3)的碳—氧化铁黑色颜料,解决碳基黑色颜料与电泳液密度不匹配的问题,成功应用于电泳显示器; 4.在混合溶剂法的基础上发展了一条普适性的新方法,用碳基功能材料取代聚苯乙烯球模板,以碳为偶连剂,在其表面成功包覆TiO2壳层,并最终考查了其光学、磁学及光催化性能。


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