含富勒醇金屬膜層的制備及性能與應(yīng)用.pdf

1、多羥基富勒烯，又被稱作富勒醇，已經(jīng)被應(yīng)用在活體生物抗氧化劑，超大分子材料、聚合物燃料電池、質(zhì)子導(dǎo)體等。盡管富勒醇的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但是其在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用卻只是一種設(shè)想而已。本項(xiàng)研究描述了一種使用金屬酸鹽為親電試劑的高效環(huán)保的制備帶負(fù)電性富勒醇的方法。合成使用低毒的四氫呋喃(THF)為溶劑，偏鋅酸鈉為親電試劑在NaOH存在條件對富勒烯C60分子表面的雙鍵進(jìn)行加成。合成的產(chǎn)物不僅是一種多羥基富勒烯C60衍生物，而且還是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的

2、離子型化合物。通過采用傅里葉變換紅外光譜法(FT-IR)、X射線能譜(XPS)、元素分析(EA)和飛行時(shí)間質(zhì)譜法(MALDI-TOF-MS)對制備產(chǎn)物進(jìn)表征，確定了衍生物的分子結(jié)構(gòu)為Na+2[C60(OH)12(O)]2-2。采用本研究方法制備的富勒醇在上述混合液中顯負(fù)電，并以球形的團(tuán)聚態(tài)存在與溶液中，團(tuán)簇的直徑為50nm左右。當(dāng)對上述混合液施加10V的電壓時(shí)，帶負(fù)電性的富勒醇會(huì)向陽極發(fā)生電遷移，并在陽極表面發(fā)生氧化沉積，沉積產(chǎn)物為C6

3、0O(OH)12。將沉積有富勒醇產(chǎn)物的電極烘干，可以得到均勻的薄膜。掃描電鏡的結(jié)果表明，薄膜厚度為幾十到幾百納米，由直徑為50～250納米的球形顆粒組成。本研究還采用恒電位掃描法(I-t)、循環(huán)伏安(CV)和溶解氧含量測試等手段研究了它在陽極表面的電化學(xué)行為和機(jī)理。結(jié)果表明，富勒醇在陽極表面的沉積為一個(gè)陽極氧化過程，氧化由兩個(gè)析氧反應(yīng)組成。
　　除此之外，初步的研究了摻銀改性的富勒醇在鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域的應(yīng)用。制備工藝包括：A

4、g+與富勒醇NaC460O(OH)分子表面-O912進(jìn)行自組裝，組裝4+-產(chǎn)物為AgC460O(OH)912；然后是-O-Ag鍵的高溫?zé)峤猓?00°C條件下熱解后得到完全脫水的富勒醇C60O11和Ag納米單質(zhì)顆粒。將這一產(chǎn)物為鋰離子電池的正極，Li片為負(fù)極，組裝成電池后對其進(jìn)行充放電及循環(huán)伏安的測試。充放電測試結(jié)果表明：與富勒烯C60相比，C60O11/Ag的放電容量要高出近一個(gè)數(shù)量級，其第5個(gè)循環(huán)的放電容量為267mAh/g(放電電壓

5、0.02-2.5V，60μA恒流充放電)，50個(gè)循環(huán)以后降為237mAh/g，即說明5個(gè)充放電循環(huán)以后，材料具有良好的循環(huán)性能。循環(huán)伏安的數(shù)據(jù)證實(shí)了，在經(jīng)過幾個(gè)氧化還原循環(huán)以后，C60O11/Ag負(fù)極材料的電極反應(yīng)具有良好的重現(xiàn)性。除此之外，這一材料會(huì)在低電位(約為0.37V(vs. Li/Li+))下發(fā)生嵌鋰摻雜反應(yīng)，推測反應(yīng)機(jī)理為C60O+nLi+neLi11 nC60O11。
　　采取了輝光放電光譜法(GDS)、XRD和拉曼

6、光譜法(Raman)對富勒醇在三種分別分布在周期表中d區(qū)(Ni、Cu)和p(Sn)區(qū)金屬中的存在行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明這3種金屬中均存在熱擴(kuò)散行為，擴(kuò)散存在兩種可能，包括富勒醇在復(fù)合鍍層中的擴(kuò)散以及金屬在富勒醇表面的擴(kuò)散。以這一碳材料為研究對象，著重研究了富勒醇在復(fù)合鍍層中擴(kuò)散的可能性，以及最有可能采用的擴(kuò)散形式。富勒醇在金屬鎳中的擴(kuò)散激活能為33.11kJ·mol-1·K-1，采用富勒醇分子的某一六邊形面吸附于Ni晶面的表面擴(kuò)散；在

7、Sn金屬中的擴(kuò)散為富勒醇分子的五邊形面吸附于Sn晶面的沿晶擴(kuò)散；250-600°C條件下，富勒醇在Cu中的擴(kuò)散激活能為12.63kJ·mol-1·K-1，且在擴(kuò)散過程中Cu被氧化為+1價(jià)，因此，富勒醇在Cu中的擴(kuò)散為反應(yīng)型擴(kuò)散。
　　除此以外，研究了富勒醇在金屬復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用及其對復(fù)合鍍層性能的影響。分別采用富勒醇成膜和金屬電沉積兩步法以及富勒醇成膜和熱擴(kuò)散兩步法制備了金屬/富勒醇復(fù)合鍍層。采用GDS對富勒醇在復(fù)合鍍層中的濃度