碳納米管表面化學(xué)結(jié)構(gòu)對其電化學(xué)性能的影響.pdf

1、碳納米管(CNT)自1991年被發(fā)現(xiàn)以來，因其獨特的力學(xué)、電子特性及化學(xué)穩(wěn)定性，成為世界范圍內(nèi)的研究熱點之一。由于它較高的導(dǎo)電性和獨特的表面結(jié)構(gòu)，因而它是一種良好的電極材料。研究表明碳納米管電極表面生物分子的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)具有快電子傳遞速率，因而是一種潛在的生物傳感器材料；并且碳納米管因其良好導(dǎo)電性和較大比表面積被認為是很有前途的電化學(xué)電容器電極材料。本論文主要開展了碳納米管表面化學(xué)結(jié)構(gòu)對其電化學(xué)性能的影響，重點研究了碳納米管表面化

2、學(xué)結(jié)構(gòu)對其基本電極性能和電化學(xué)電容性能的影響。
　　我們通過高分辨透射電鏡、拉曼光譜、XPS證明電化學(xué)氧化使得單壁碳納米管表面的缺陷和含氧官能團均增加。本文用Fe(CN)64-/3-的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)來研究碳納米管基本電極性能。主要考察循環(huán)伏安曲線上的氧化還原峰的電位差（記為ΔEp）。根據(jù)實驗中氧化后碳管的ΔEp<59 mV和理論知識推測該電極反應(yīng)由擴散和吸附共同控制，這里的吸附屬于反應(yīng)物弱吸附。運用傅立葉紅外光譜證明了碳管對F

3、e(CN)64-有吸附作用，并證實了經(jīng)過電化學(xué)循環(huán)伏安氧化80個循環(huán)的單壁碳納米管的吸附性比氧化前的強；在空氣中活化的多壁碳納米管的吸附性比石墨化的多壁碳納米管強。實驗還表明吸附量與K4Fe(CN)6的濃度成正比。為了研究電化學(xué)氧化后碳管的ΔEp值減小的因素，我們將碳管表面的>C-O或>C=O鍵還原為>C-H鍵。得到ΔEp值降低的原因是碳管表面的缺陷，而非一些資料上所提到的含氧官能團因素，并用多壁碳納米管進行了驗證。所以引起ΔEp值減小

4、的因素是碳管表面缺陷的增加，而這是由于缺陷的增加使得碳管的吸附量增加導(dǎo)致的。
　　用電化學(xué)氧化的方法分別在KOH溶液和KCl溶液中氧化，多壁碳納米管表面分別形成>C-O或>C=O鍵和>C-Cl鍵。實驗中發(fā)現(xiàn)在一定的時間內(nèi)電化學(xué)容量分別隨著>C-O或>C=O鍵和>C-Cl鍵的量的增加而增加。并得出碳管表面>C-Cl鍵對其電化學(xué)容量的增加影響更大，容量增加了4.22倍。而且含有>C-Cl鍵的碳管的自放電變化率比含>C-O或>C=O鍵的