微尺度碳-無(wú)機(jī)復(fù)合材料及氮化物的制備、結(jié)構(gòu)和性能.pdf

1、本文旨在探索微尺度碳/無(wú)機(jī)復(fù)合材料、碳材料的化學(xué)合成新方法，研究反應(yīng)機(jī)理。利用超臨界流體技術(shù)，成功制備了多種微尺度碳/硫化物復(fù)合材料，含硫富碳材料以及碳納米纖維，并進(jìn)一步研究了電化學(xué)儲(chǔ)鋰性質(zhì)；采用簡(jiǎn)單的低溫溶劑熱路線得到了多種形態(tài)的非晶碳納米管、三維非晶碳納米管網(wǎng)格：通過(guò)醇熱催化路線大量制備了高質(zhì)量的包裹金屬鈷的碳納米管和竹節(jié)狀的碳納米管。此外，還通過(guò)低溫固相反應(yīng)的方法制備了多種鉻族氮化物納米材料。詳細(xì)內(nèi)容歸納如下： 1.創(chuàng)新性

2、的提出一種超臨界CS<,2>體系制備碳納米管填充金屬硫化物復(fù)合材料的方法。a)采用二茂鐵作為催化劑，通過(guò)一步合成的方法在超臨界CS<,2>中成功制備了碳納米管連續(xù)填充單晶FeS<,2>納米線復(fù)合材料，在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上詳細(xì)對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行了研究，并對(duì)這種新穎的復(fù)合材料熱穩(wěn)定性、光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試和分析；b)在制備碳納米管填充FeS<,2>納米線復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)選用二茂鈷作為催化劑和調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，我們還合成了包裹球形Co

3、S<,2>顆粒碳球和碳納米管填充CoS<,2>納米棒復(fù)合材料。該方法還可能被用來(lái)合成其他的硫化物/碳復(fù)合材料；c)在超臨界CS<,2>中還合成了花狀和棒狀的含硫富碳材料、碳納米纖維，電化學(xué)性能測(cè)試表明花狀含硫富碳材料具有較高的放電容量，有可能成為一種新型的正極材料。 2.發(fā)展了一條簡(jiǎn)單的低溫溶劑熱路線制備多種形態(tài)的非晶碳納米管。a)通過(guò)二茂鐵與CCl<,4>、C<,2>Cl<,4>或C<,4>Cl<,6>之間的反應(yīng)在180℃大量

4、制備了多種形態(tài)的非晶碳納米管，研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)副產(chǎn)物Fe起到重要的模板作用；b)在以上體系中通過(guò)引入多孔泡沫鎳，進(jìn)一步合成了夾角為90°的三維碳納米管網(wǎng)格，我們對(duì)其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步的研究。這些新穎的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有很大的比表面積，在催化劑載體、儲(chǔ)氫、納米器件等方面有著潛在的應(yīng)用前景。通過(guò)溶液化學(xué)還原方法在三維碳納米管網(wǎng)格上成功均勻沉積了金屬Ag顆粒制得三維碳納米管網(wǎng)格/銀復(fù)合材料，并對(duì)其常溫下對(duì)NH<,3>的氣敏性進(jìn)行了測(cè)試；c)采用二茂鈷代

5、替二茂鐵，類(lèi)似條件下合成了觸角狀非晶碳納米管，豐富了對(duì)碳材料的認(rèn)識(shí)。 3.提出了醇熱催化路線，以甲醇或無(wú)水乙醇作為碳源和溶劑，二茂鈷作為催化劑，在500℃大量制備了高質(zhì)量的包裹金屬鈷的碳納米管或竹節(jié)狀的碳納米管。這些工作對(duì)理解碳納米管的催化生長(zhǎng)機(jī)制作出了有益的幫助。 4.在不使用溶劑的情況下，我們利用NaNH<,2>與無(wú)水金屬氯化物MCl<,n>在低溫下(220-250℃)反應(yīng)，制備了多種鉻族氮化物納米材料。在250℃制