以K-Na-Ca鹽為催化劑化學(xué)氣相沉積納米碳材料的研究.pdf

1、本文分別以堿金屬鹽KHCO3和NaHCO3及二者的混合物為催化劑前軀體,以Na2O2、CaCO3和CaO為催化劑、乙炔為碳源氣體,利用化學(xué)氣相法沉積納米碳材料。對化學(xué)氣相沉積過程中催化劑種類、反應(yīng)時間等因素進行了研究,利用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對納米碳材料的結(jié)構(gòu)、形貌進行了表征。
　　 實驗分別以KHCO3、NaHCO3及二者混合物為前軀體制備不同結(jié)構(gòu)的納米碳材料,所得材料為以碳為基底原位生長的整體型碳納米陣列。

2、這一結(jié)構(gòu)使得納米碳纖維和碳納米管具備了宏觀的形狀和尺寸,同時碳納米陣列的一體成型大大提高了碳納米管和納米碳纖維與基底間的強度,從而拓展了納米碳纖維和碳納米管在工業(yè)催化和場發(fā)射等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過對反應(yīng)產(chǎn)物進行表征,我們發(fā)現(xiàn),以KHCO3為前軀體沉積的納米碳材料,碳基底上的纖維為枝權(quán)狀,這些纖維只在碳基底一側(cè)生長且纖維表面較光滑,雜質(zhì)很少,長度在100nm左右,直徑分布均勻,在200nm左右。以NaHCO3為前軀體沉積的納米碳材料,碳基底上

3、的纖維長短不均,短突起長度不足幾十納米,長纖維長度多大于200nm,長短纖維的直徑分布均勻且較小,為20nm左右。當反應(yīng)時間從1h延長至4h后,兩種前軀體所制備的產(chǎn)物都表現(xiàn)出長度增加,直徑變化不大但表面光滑程度下降的特點。以不同比例的KHCO3、NaHCO3混合物為前軀體制備出的納米碳材料,結(jié)構(gòu)和形貌與前軀體中KHCO3、NaHCO3比例密切相關(guān),當前軀體中KHCO3、NaHCO3比值較小時,碳基底上生長的纖維長度較短,彼此緊密的挨在一

4、起,而前軀體中KHCO3、NaHCO3比值較大時,碳基底上生長的為較稀疏的碳管,長度較長。延長反應(yīng)時間,碳基底上纖維或管的直徑變化不大,長度顯著增長,但隨著生長時間的進一步延長,纖維或管的取向越來越不規(guī)則且表面光滑程度下降。
　　 實驗分別以Na2O2、CaCO3和CaO為催化劑、乙炔為碳源,利用化學(xué)氣相沉積法制備納米碳材料。發(fā)現(xiàn):以Na2O2為催化劑,低溫下不能制備出納米碳纖維,當反應(yīng)溫度達到其熔點范圍時開始制備出長度為微米級