碳納米管的修飾及其微結(jié)構(gòu)表征.pdf

1、本文以碳納米管的包覆和碳納米管的填充為研究目的,進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作:(一)通過(guò)化學(xué)鍍法分別制備了金屬Au和Ag包覆的碳納米管,研究了工藝過(guò)程對(duì)金屬包覆層質(zhì)量的影響;(二)通過(guò)化學(xué)催化法制備了金屬Co填充的碳納米管;(三)利用高分辨透射電鏡(HRTEM)、納米束能譜分析(EDS)、微區(qū)電子衍射(SAED)和電子探針(EPMA)等現(xiàn)代手段對(duì)碳納米管的包覆體系和填充體系的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.采用化學(xué)鍍法在碳納米管表面包覆了貴金屬金和銀,

2、利用高分辨透射電鏡、納米束能譜分析和電子探針對(duì)金屬包覆碳納米管的形態(tài)、微結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了表征.由于碳納米管的表面不具備化學(xué)催化活性,采用H<,2>SO<,4>+HNO<,3>的混酸氧化和PdCl<,2>+SnCl<,2>的一步活化工藝對(duì)碳納米管進(jìn)行表面預(yù)修飾處理.研究結(jié)果表明,混酸氧化處理一方面可以純化原料碳納米管,另一方面可在碳納米管表面嫁接許多化學(xué)活性基團(tuán),產(chǎn)生多個(gè)化學(xué)活性點(diǎn),結(jié)合后續(xù)的一步活化處理能夠在碳納米管表面產(chǎn)生Pd-Sn催

3、化活性晶核,從而使碳納米管表面具有催化活性.一步活化法與兩步活化法相比具有工藝簡(jiǎn)單、易于操作、效率更高等特點(diǎn).高分辨電鏡觀察表明,所獲得的金屬Au和Ag在碳納米管表面的包覆層致密、均勻,金屬納米粒子與碳納米管管壁的界面結(jié)合力很強(qiáng);金屬包覆層的質(zhì)量受多種因素的影響,對(duì)碳納米管而言,采用盡可能低的反應(yīng)速度對(duì)獲得高質(zhì)量的金屬包覆層非常重要.以Co/硅膠為催化劑,苯為碳源氣體,采用化學(xué)催化法制備了金屬Co填充的碳納米管.與以往化學(xué)催化法不同,本

4、研究中催化劑無(wú)需預(yù)先還原,催化劑的還原和碳納米管的填充可以一步完成.利用高分辨透射電鏡、微區(qū)電子衍射及納米束能譜分析等現(xiàn)代手段對(duì)碳納米管及其填充物的形態(tài)和微結(jié)構(gòu)的研究表明,本實(shí)驗(yàn)方法能夠獲得大量的金屬Co填充的碳納米管,填充物為具有面心立方結(jié)構(gòu)的α-Co,且填充的α-Co經(jīng)常出現(xiàn)孿晶,填充物的形態(tài)顯示出被拉長(zhǎng)的結(jié)構(gòu),如橢球形、長(zhǎng)棒形或很長(zhǎng)的納米線形,且分布往往是不連續(xù)的;在碳納米管的填充過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)碳納米管的生長(zhǎng)和Co顆粒的生長(zhǎng)強(qiáng)烈地相