碳納米材料的合成及其性能研究.pdf

1、新型碳材料的合成一直是材料學(xué)工作者努力研究的課題。在對碳材料的合成方法、性能應(yīng)用等方面進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上。本論文采用高壓釜中的還原催化/熱解法成功的合成出剪紙狀碳材料、空心碳球、片化碳球、表面光滑的球、蜂窩狀碳材料，通過一系列對比實驗探討了反應(yīng)的形成過程，并初步研究其在凈水方面的應(yīng)用，儲鋰性能，儲氫性能。主要內(nèi)容歸結(jié)如下：
　　 1．在高壓釜中通過二茂鐵與四氯乙烯在600℃的條件下共熱10小時成功制備出剪紙狀結(jié)構(gòu)碳材料，其結(jié)晶

2、性較差，BET比表面積高達(dá)1209m2/g，孔徑主要分布在微孔區(qū)域(0．58nm—1．2nm)。通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)的溫度、二茂鐵的用量對剪紙狀碳的合成成功的關(guān)鍵。通過不同的二茂鐵用量，可以選擇性的合成剪紙狀碳和空心碳球(直徑在100nm—200nm)。根據(jù)試驗結(jié)果和文獻(xiàn)報道，提出可能的形成過程通過對比剪紙狀碳對苯酚和羅丹明—B的吸附實驗，表明該材料對廢水中的有機物具有叫高的吸附量，特別的是對于較小的有機分子具有很強的吸收能力。通過T

3、eflon模擬電池發(fā)現(xiàn)剪紙狀碳材料首次放電容量可以達(dá)到403．2mAh/g，但是鋰離子在剪紙狀碳材料可逆嵌入—脫嵌容量較低，首次放電容量僅僅為120．6 mAh/g。儲氫測試表明，剪紙狀碳材料在低溫(77K)及常壓(1bar)下，儲氫量可達(dá)4．3wt％，因此該材料在儲氫領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。
　　 2．在高壓釜中通過金屬鈉作為還原劑，強路易斯酸三氯化鋁作為催化劑，在600℃下反應(yīng)10小時成功合成出高產(chǎn)率(～90％)的片花碳球。碳球

4、的直徑集中分布在120nm—200nm，碳球邊緣所生長的碳片的厚度在5nm—10nm之間。通過對比實驗發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溫度，金屬鈉的加入量，無水三氯化鋁的加入量等對產(chǎn)物的形貌具有較大的影響。通過掃描電子顯微鏡和拉曼光譜表征證明無水三氯化鋁的加入對片花的形成具有重要的作用。通過反應(yīng)參數(shù)的不同，可以選擇性的合成片花球、表面光滑的碳球和蜂窩狀碳。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)報道，提出可能的反應(yīng)機理。片花碳球比表面積為45．3m2/g。根據(jù)Barrett—Jo

5、yner—Halenda(BJH)計算方法得到孔徑主要分布在5．2nm和45．6nm附近，孔容為0．22cm3/g。
　　 3．在高壓釜中通過二茂鐵和草酸鋰在600℃條件下進(jìn)行固相反應(yīng)，制備出了高產(chǎn)率的碳納米管。碳納米管的直徑在20nm附近。通過測試碳納米管在低溫下氮氣—吸附脫附等溫線，計算出碳納米管的比表面積為301．2m2/g和孔徑集中分布在4．1nm和18．3nm附近。通過對碳納米管的熱重分析，表明所制得的碳納米管在氮氣和