零維碳材料的合成及吸附性能研究.pdf

1、零維碳材料以獨(dú)特的籠狀結(jié)構(gòu)和電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等特殊的性能而成為高科技材料領(lǐng)域的一顆新星。零維碳材料聚集了全球許多科學(xué)家的關(guān)注。理論計(jì)算和實(shí)踐研究表明，零維碳材料潛在的應(yīng)用價(jià)值十分巨大。近年來(lái)，國(guó)際學(xué)術(shù)雜志上有關(guān)零維碳材料的文章數(shù)量增加較快，可以說(shuō)零維碳材料的研究正方興未艾。迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)零維碳材料的制備方法和性能進(jìn)行了廣泛的研究，但是對(duì)零維碳材料的吸附性能和應(yīng)用研究尚少。 本文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)分別以乙炔、甲

2、苯以及乙炔和甲苯混合物為原料，探索了制備碳微球的理想工藝參數(shù)。采用水下電弧放電法和化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備了單純和內(nèi)包金屬納米Fe顆粒兩種形貌不同的納米洋蔥狀富勒烯。利用X．射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對(duì)不同工藝方法制備的零維碳材料進(jìn)行了觀察表征和分析。實(shí)驗(yàn)證明：在沒(méi)有催化劑的條件下，以甲苯和乙炔的混合物為碳源，溫度為1000℃時(shí)能制備出大量高純度、形貌較好尺寸均勻的碳微

3、球；對(duì)理想工藝參數(shù)下所得的碳微球分別進(jìn)行微波等離子體處理和高溫真空處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)處理，特別是經(jīng)過(guò)高溫真空處理后碳微球的石墨化程度得到提高，內(nèi)部出現(xiàn)了清晰的石墨化條紋；CVD法制備出了大量的內(nèi)包金屬Fe顆粒的納米洋蔥狀富勒烯；水下直流電弧放電法以光譜純石墨棒為碳源制備了大量的單純納米洋蔥狀富勒烯。對(duì)理想條件下得到的不同零維碳材料進(jìn)行硝酸氧化處理后，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有在其表面引入官能團(tuán)。為了便于研究，硝酸氧化采用了不同的氧化時(shí)間。本文還在液氮溫

4、度77K下測(cè)定不同工藝方法制備的零維碳材料在硝酸氧化前后的吸附等溫線和孔分布曲線。結(jié)果表明：碳微球的吸附等溫線為混合型，經(jīng)過(guò)石墨化處理之后孔容降低，比表面積增加；經(jīng)微波等離子體處理后其吸附能力有所增加，而經(jīng)過(guò)高溫真空熱處理之后吸附能力有所下降；兩種富勒烯的吸附等溫線類(lèi)型極為類(lèi)似，屬于比較復(fù)雜的混合型吸附等溫線類(lèi)型，單純納米洋蔥狀富勒烯和內(nèi)包金屬Fe的納米洋蔥狀富勒烯的吸附性能有一定差異，單純納米洋蔥狀富勒烯的吸附能力較低；由于碳微球顆粒