碳納米管復(fù)合材料制備及同步輻射譜學(xué)研究.pdf

1、碳納米管（CNTs）獨(dú)特的一維管狀結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在納米電子器件、復(fù)合材料和催化劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)碳納米管進(jìn)行摻雜和與納米顆粒復(fù)合是調(diào)節(jié)其性質(zhì)從而促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用的有效手段。X射線吸收近邊譜（XANES）及掃描透射顯微術(shù)（STXM）等同步輻射技術(shù)已經(jīng)成為對(duì)碳納米管的電子、原子結(jié)構(gòu)以及化學(xué)相互作用的局域結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的重要手段，對(duì)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有十分重要的貢獻(xiàn)。在碳納米管的系列研究中，仍沒(méi)有完全揭示碳納米管生長(zhǎng)過(guò)程以及

2、其復(fù)合物內(nèi)部相互作用等機(jī)理，利用同步輻射技術(shù)研究這些作用及機(jī)理能夠推動(dòng)相關(guān)科學(xué)的進(jìn)展，具有重要的意義。
　　在本論文中，我們制備了碳納米管及其復(fù)合物，并利用XANES及STXM等實(shí)驗(yàn)方法研究了碳納米管及其復(fù)合材料的電子結(jié)構(gòu)。論文工作主要利用XANES和STXM揭示了碳納米管生長(zhǎng)過(guò)程以及其復(fù)合物內(nèi)部的相互作用，這些研究為深入了解制備性能優(yōu)越的碳納米管復(fù)合材料提供了實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)，具體內(nèi)容如下：
　　我們對(duì)制備出的碳納米管采用了

3、表面敏感和體積敏感的不同探測(cè)模式，發(fā)現(xiàn)大量氮?dú)獗环獯嬖诹颂技{米管內(nèi)且在超高真空下穩(wěn)定存在。結(jié)合XANES譜研究，我們發(fā)現(xiàn)碳納米管管內(nèi)的催化劑電子結(jié)構(gòu)與前驅(qū)體中的電子結(jié)構(gòu)類(lèi)似。碳納米管中封入的氣體對(duì)碳納米管的電子結(jié)構(gòu)和性能會(huì)有很大影響，該發(fā)現(xiàn)為碳納米管應(yīng)用過(guò)程中性能調(diào)控提供了一種可行的方法。
　　利用STXM實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)了碳納米管化學(xué)處理過(guò)程中產(chǎn)生的碳碎片，這種碎片包覆在碳納米管表面，會(huì)對(duì)碳納米管的進(jìn)一步修飾造成影響。這種碳碎片很

4、容易被氧化，從而在碳K邊吸收譜上表現(xiàn)出一個(gè)在288電子伏左右的很強(qiáng)的峰。我們的STXM實(shí)驗(yàn)直接觀察到了沉積在碳管上的這種碳碎片并清晰的測(cè)量了它的電子結(jié)構(gòu)。除了化學(xué)處理過(guò)程中引入的碳碎片外，我們的實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，如果STXM實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的襯底是帶碳膜的微柵，高強(qiáng)度的 X射線將使碳膜揮發(fā)并沉積到碳納米管上，形成一層碳膜。更有意思的是，這種碳沉積膜的電子結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響碳 K邊吸收譜上285.5電子伏左右的峰，即碳管費(fèi)米面附近的峰，這種峰的存在在

5、過(guò)去許多文獻(xiàn)中都被認(rèn)為是碳管與復(fù)合的納米顆粒之間的相互作用。我們的實(shí)驗(yàn)明確證實(shí)該處的峰形成原因很大可能是由STXM實(shí)驗(yàn)過(guò)程本身造成的。該結(jié)果對(duì)碳的相關(guān)XANES譜的理論解釋具有指導(dǎo)作用。
　　此外，我們還對(duì)不同直徑的碳納米管進(jìn)行了STXM研究，并討論了影響碳納米管STXM譜形狀的因素，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碳納米管直徑（厚度）與譜的強(qiáng)度成比，但對(duì)譜形的影響可以忽略。實(shí)驗(yàn)還觀察到了制備過(guò)程中引入的無(wú)序結(jié)構(gòu)，該無(wú)序結(jié)構(gòu)使X射線吸收譜中π*峰強(qiáng)位置降