單壁碳納米管的制備及碳納米管等富勒烯材料光譜學特性的研究.pdf

1、自從發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管(SWCNTs)以來，由于SWCNTs潛在的應用價值，成為物理，材料，化學界的研究熱點。SWCNTs的制備是SWCNTs研究中一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，高純度SWCNTs的大量制備是對其進行結(jié)構(gòu)表征、性能測試以及進一步應用研究的前提和基礎(chǔ)。催化化學氣相沉積法(CCVD)制備SWCNTs的過程中，催化劑的特性，反應時間，反應溫度等反應條件的選擇直接影響生成SWCNTs的質(zhì)量。SWCNTs的生長機理迄今為止尚未完全明晰，而對SWC

2、NTs生長機理的深入了解是實現(xiàn)這種可控生長不可或缺的前提。 拉曼散射是研究碳納米管的有力手段之一，對了解碳納米管的結(jié)構(gòu)及其物理內(nèi)涵具有重要作用。表面增強拉曼散射(SERS)具有較拉曼散射更高的靈敏度。利用SERS研究SWCNTs，能夠得到更高質(zhì)量的拉曼散射譜，能夠了解SWCNTs更精細的結(jié)構(gòu)，對SWCNTs的研究有著重要的意義。 本文利用檸檬酸法制備出了Mo-Co-MgO和W-Co-MgO催化劑，在1123K下，制備出了

3、質(zhì)量較高的SWCNTs。用透射電子顯微鏡(TEM)和拉曼光譜對產(chǎn)物進行了表征。結(jié)果顯示：在1123K下，以Mo-Co-MgO為催化劑制備SWCNTs的最佳組分為Mo：Co：MgO的摩爾比為1：10：100；以W-Co-MgO為催化劑制備SWCNTs的最佳組分為W：Co：MgO的摩爾比為1：5：100．兩種催化劑組分對SWCNTs的管徑分布影響較小，不同催化劑得到的SWCNTs在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上存在一定的差異。催化劑中加入第二組分Mo和W能有效

4、提高產(chǎn)物的碳產(chǎn)率。與W相比，Mo可能更有效的提高產(chǎn)物的碳產(chǎn)率。 反應時間在SWCNTs的制備過程中起著重要的作用，影響著生成SWCNTs的質(zhì)量和產(chǎn)量。本文中，我們研究了反應時間對1123K下Ar氣中催化分解CH4制備SWCNTs的影響，結(jié)果顯示：隨著反應時間的增加，SWCNTs的長度增長，數(shù)量增加。在30min．時，產(chǎn)物中有大量的SWCNTs管束生成，而且SWCNTs管壁凈潔；在30mln時，SWCNTs的生長幾乎全部結(jié)束；當反

5、應時間超過30min．后，由于CH<,4>繼續(xù)分解，導致產(chǎn)物中有大量無定型碳等雜質(zhì)生成?；贏.Gorbunov提出的“液相顆粒模型”，根據(jù)SWCNTs產(chǎn)物的TEM照片和XRD的分析，本文提出了SWCNTs在Mo-Fe-MgO催化劑上的生長模型。 反應溫度在SWCNTs的制備過程中也起著重要的作用，本文研究了Mo-Co-MgO催化劑制備SWCNTs的溫度窗口，Mo-Co-MgO催化劑制備SWCNTs的最低溫度為940K，Mo-C

6、o-MgO催化劑制備SWCNTs的最佳溫度為1123K。當反應溫度在1123K以下時，隨著反應溫度的升高，產(chǎn)物中SWCNTs的含量增加，而且無定型碳以及納米尺寸的碳顆粒的含量明顯的減少，但當反應溫度超過1123K時，產(chǎn)物中SWCNTs的含量急劇減少。這表明通過提高溫度來增加SWCNTs的產(chǎn)量不是一種好的方法。在SWCNTs的SERS方面，我們用覆銀濾紙和覆金濾紙作為SWCNTs的SERS基底，獲得了高質(zhì)量的SWCNTs的SERS光譜，不

7、但觀測到文獻中報道的徑向呼吸振動模(RBM)和C-C正切拉伸模(GM)的增強，還在1100-1500cm<'-1>區(qū)域和低頻區(qū)觀測到一組新峰。實驗結(jié)果和理論分析說明該體系能夠全面、細致的反映出SWCNTs結(jié)構(gòu)缺陷和管壁殘留碳納米顆粒的拉曼信息。在覆銀濾紙和覆金濾紙上SWCNTs的表面增強拉曼光譜(SERS)很有潛力成為一種操作簡單但靈敏度高的檢測SWCNTs合成質(zhì)量的方法。 在C60的SERS方面，本文通過改進方法，得到了C60