化學還原二氧化碳合成碳基納米材料.pdf

1、本論文旨在探索利用CO2或碳酸鹽作為主要原料，通過化學還原的辦法合成碳材料，取得了一些創(chuàng)新性進展。利用二氧化碳或碳酸鹽為碳源，以鈉等堿金屬為還原劑，在溫和的條件下成功地合成了C60、碳納米管、碳微球，用各種分析手段對產(chǎn)物進行了分析和表征。歸納如下： 1.用CO2、碳酸鹽、作碳源，用堿金屬作為還原劑。合成了多種形態(tài)碳納米管。通過金屬鋰還原CO2，在550℃的條件下，成功地合成大量的碳納米管，碳納米管的產(chǎn)率能達到80％左右，在720

2、℃的條件下，首次合成了雙螺旋碳管，雙螺旋碳納米管具有類似于蛋白質(zhì)一樣的雙螺旋結構。在600℃，用金屬鋰還原碳酸鎂，已經(jīng)成功地合成大量具有新結構的納米管一截頂圓錐結構的碳納米管，即碳納米管由同軸的截頂圓錐的圓筒形的石墨層構成。碳納米管壁是由幾乎平行的石墨層組成，但是不同于普通碳納米管，石墨層不平行碳納米管的軸。碳酸鹽比二氧化碳容易儲存、處理，反應易操作，易控制。用碳酸鹽代替二氧化碳，更適合工業(yè)生產(chǎn)。這種新奇結構的材料在儲氫、電子性能和先進

3、的納米器件將引起很大的興趣。在Na-CO2和Na-MgCO3-CCl4體系，合成了多種形態(tài)竹節(jié)狀碳納米管，最大長度超過24μm。根據(jù)實驗結果和反應條件，我們提出了一個“堿金屬納米液滴”模板生長模型，解釋在超臨界CO2體系中用堿金屬作還原劑，各種形態(tài)碳納米管的形成機理。同時，我們也發(fā)現(xiàn)CO2不僅能作為碳源合成大量碳納米管，適用于工業(yè)化生產(chǎn)；而且能夠和碳納米管反應，剝離碳納米管的外層產(chǎn)生更細的碳納米管，剝離碳納米管的內(nèi)層，生成內(nèi)徑大的碳納米

4、管，使碳納米管表面粗糙不平，增大碳納米管的表面積。這種碳納米管可能改善碳納米管的吸附性能，提高作為催化劑載體的擔載能力，也會改善它的儲氫性能。 2.用CO2作碳源，分別用堿金屬Li或堿土金屬Ca作為還原劑。合成了多種形態(tài)碳微球。在650℃，采用金屬鋰還原CO2，成功地合成直徑在70nm-900nm的碳微球。在產(chǎn)品中也發(fā)現(xiàn)了大量的空心碳球，它們可以用作催化劑的載體、潤滑劑和儲氫。在550℃，通過金屬鈣還原CO2，已經(jīng)成功地合成大量