论文题目: 纳米碳管的制备、表面修饰及其初步用于葡萄糖生物传感器的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 李昱
导师: 张孝彬
关键词: 纳米碳管,催化剂,化学气相沉积,改性,葡萄糖传感器
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 纳米碳管具有与金刚石相同的热导性和独特的力学性质、大的长径比以及纳米尺度的中空孔道,从而国内外学者都在大力开展其在场发射、电极修饰、分子电子器件、探针显微镜针尖、复合材料的增强剂、气体储存、催化剂载体等众多领域的应用。目前纳米碳管的制备方法主要有三种:电弧放电法、激光烧蚀法和化学气相沉积法。相对于前两种方法,化学气相沉积法则因其设备简单,反应温度低,操作方便,反应过程易控以及能大量制备而成为了目前最常用的方法。尽管当前大量制备纳米碳管已经有了较大的进展,但催化剂的催化效率仍然不高,因而开发出制备简便、高效的催化剂以期为工业化大生产而降低生产成本一直是研究者们的目标。我们的目的就是开发一种新型的可大量制备纳米碳管的催化剂,并对制备碳管的化学改性和初步应用进行探索性研究。 本文首次使用溶胶凝胶法制备了MgMoO4单相催化剂。该催化剂可以较大量地生产高质量和较高纯度的多壁纳米碳管,反应2个小时后,制备的纳米碳管的质量接近原始催化剂量的30倍。在MgMoO4单相催化剂里掺杂适量的过渡金属镍,所形成的Ni/Mo/MgO催化剂能够更高效地制备出高质量高纯度的多壁纳米碳管。用该催化剂反应2小时,制备的纳米碳管产量最大可达到原始催化剂量的80倍以上。而且本实验的结果容易重复,通过简单的放大,每克催化剂的单炉产量在半小时就可以达到40g以上。 对MgMoO4单相催化剂的研究表明,其具有好的催化性能是因为具有适合碳管生长的酸性环境。还原前后的MgMoO4催化剂在碳管制备过程中都有相变发生。在对实验数据和图表进行观察和分析的基础上提出了多壁纳米碳管束的生长机理,催化剂吸氢以后,还原的Mo颗粒从催化剂体相析出并分散在载体表面形成多层Mo纳米颗粒是导致纳米碳管成束的主要原因。对Ni/Mo/MgO催化剂的催化行为研究显示,反应气氛的比例对催化剂催化性能有较大影响,同时发现Ni/Mo/MgO催化剂在碳管生长过程中也有相变发生,充足的碳源以及Ni-Mo二者的相互协同作用提高了碳原子在金属颗粒的融入析出速率应该是该催化剂具有高效率,生长出质量高的纳米碳管的原因。 制备了用于制取单壁纳米碳管的Fe-Mo/MgO催化剂,实验发现,550℃下焙烧的催化剂具有最好的催化性能。该温度下催化剂活化效果佳及较适宜的酸碱性是催化剂具有较高活性
论文目录:
摘要
Abstract
目录
第一章 文献综述
1.1 纳米碳管的结构与性质
1.1.1 纳米碳管的结构
1.1.2 纳米碳管的性能
1.1.2.1 电学性能
1.1.2.2 热导性能
1.1.2.3 磁学性能
1.1.2.4 力学性能
1.1.2.5 填充性能
1.2 纳米碳管的制备及生长机理
1.2.1 纳米碳管的制备
1.2.1.1 电弧法
1.2.1.2 激光蒸发法
1.2.1.3 化学气相沉积法
1.2.2 内米碳管生长机理
1.2.2.1 电弧法
1.2.2.2 激光蒸发法
1.2.2.3 化学气相沉积法
1.3 纳米碳管表面的化学修饰
1.3.1 非共价化学改性纳米碳管
1.3.2 共价化学改性纳米碳管
1.3.2.1 直接共价化学改性
1.3.2.2 羧化碳管改性
1.4 纳米碳管改性葡萄糖生物传感器的研究进展
1.4.1 定向纳米碳管电极
1.4.2 自组装定向纳米碳管电极
1.4.3 其他纳米碳管改性电极
1.5 研究目的
参考文献
第二章 多壁纳米碳管束的大量制备及其生长机理研究
2.1 MgMoO_4单相催化剂制备多壁纳米碳管
2.1.1 实验
2.1.1.1 催化剂及纳米碳管的制备
2.1.1.2 表征方法
2.1.2 结果与讨论
2.1.2.1 透射电镜观察(TEM、HRTEM)表征
2.1.2.2 激光拉曼光谱(Raman)分析
2.1.2.3 热重(TGA)分析
2.1.2.4 反应时间与制备纳米碳管量的关系
2.1.2.5 催化剂的表征
2.1.3 结论
2.2 Ni／Mo／MgO催化剂大量制备成束多壁纳米碳管
2.2.1 实验
2.2.1.1 催化剂及纳米碳管的制备
2.2.1.2 表征方法
2.2.2 结果与讨论
2.2.2.1 电镜(SEM、TEM、HRTEM)表征
2.2.2.2 激光拉曼光谱(Raman)分析
2.2.2.3 X射线衍射(XRD)表征
2.2.2.4 反应时间与制备的纳米碳管量的关系
2.2.2.5 热重(TGA)分析
2.2.2.6 催化剂的表征
2.2.3 结论
2.3 MgMoO_4制备多壁纳米碳管束的生长机理研究
2.3.1 实验
2.3.1.1 催化剂及纳米碳管的制备
2.3.1.2 表征方法
2.3.2 结果与讨论
2.3.2.1 钼含量对Mo／MgO催化剂性能的影响
2.3.2.2 合成纳米碳管束过程中的晶型转变
2.3.2.3 TEM同步表征纳米碳管束生长过程
2.3.2.4 MgMoO_4单相催化剂氢气还原
2.3.2.5 纳米碳管束的生长机理研究
2.3.2.6 SEM观察MgMoO_4单相催化剂及还原后催化剂形貌
2.3.3 结论
2.4 Ni／Mo／MgO催化剂生长行为研究
2.4.1 实验
2.4.1.1 催化剂及纳米碳管的制备
2.4.1.2 表征方法
2.4.2 结果与讨论
2.4.2.1 反应气氛比例对Ni／Mo／MgO催化剂性能影响
2.4.2.2 Ni／Mo／MgO催化剂合成纳米碳管束过程中的晶型转变
2.4.2.3 Ni／Mo／MgO催化剂氢气还原表征
2.4.2.4 Ni／Mo／MgO催化剂催化生长碳管机理
2.4.3 结论
参考文献
第三章 单壁纳米碳管的大量制备及提纯
3.1 CVD法大量合成直径可控单壁纳米碳管
3.1.1 实验
3.1.1.1 实验原料及催化剂制备
3.1.1.2 实验方法
3.1.1.3 测试方法
3.1.2 结果与讨论
3.1.2.1 催化剂焙烧温度的影响
3.1.2.2 载气对纳米碳管的影响以及产物SEM与HRTEM观察表征
3.1.2.3 拉曼(Raman)光谱分析
3.1.2.4 热重(TGA)分析及反应气氛优化
3.1.3 结论
3.2 酸氧化法提纯单壁纳米碳管
3.2.1 实验
3.2.1.1 催化剂制备及碳管生长
3.2.1.2 单壁纳米碳管的提纯
3.2.1.3 测试方法
3.2.2 结果与讨论
3.2.2.1 SEM与TEM表征提纯纳米碳管
3.2.2.2 提纯碳管收率及热重(TGA)分析
3.2.2.3 拉曼(Raman)表征
3.2.3 结论
参考文献
第四章 多壁纳米碳管的中低温热处理及表面化学修饰
4.1 纳米碳管的中低温热处理
4.1.1 实验
4.1.1.1 纳米碳管束的中低温热处理
4.1.1.2 表征方法
4.1.2 结果与讨论
4.1.2.1 电镜观察(SEM与TEM)
4.1.2.2 拉曼(Raman)表征
4.1.2.3 热重(TG)表征
4.1.3 结论
4.2 纳米碳管的表面化学修饰
4.2.1 实验
4.2.1.1 纳米碳管束的羧化处理
4.2.1.2 纳米碳管表面的酰胺化反应
4.2.1.3 表征方法
4.2.2 结果与讨论
4.2.2.1 羧化纳米碳管的表征
4.2.2.2 酰胺化纳米碳管的表征
4.2.3 结论
参考文献
第五章 多壁纳米碳管／PVA复合膜导电性能及改性葡萄糖生物传感器研究
5.1 纳米碳管与聚乙烯醇复合膜导电性能研究
5.1.1 实验
5.1.1.1 纳米碳管与聚乙烯醇复合膜制备
5.1.1.2 测试方法
5.1.2 结果与讨论
5.1.2.1 CNTs-PVA复合膜导电性能研究
5.1.2.2 测试电压对复合膜导电性影响
5.1.3 结论
5.2 多壁纳米碳管改性葡萄糖生物传感器的初步研究
5.2.1 实验
5.2.1.1 纳米碳管的羧化
5.2.1.2 碳糊电极的制备
5.2.1.3 溶液配制
5.2.1.4 纳米碳管改性电极
5.2.1.5 纳米碳管改性葡萄糖传感器
5.2.1.6 反应原理
5.2.1.5 表征方法
5.2.2 结果与讨论
5.2.2.1 纳米碳管羧化表征
5.2.2.2 电极循环伏安表征
5.2.2.3 纳米碳管改性葡萄糖生物传感器表征
5.2.2.4 影响纳米碳管改性葡萄糖酶传感器的因素
5.2.2.5 纳米碳管改性电极作用机理
5.2.3 结论
参考文献
第六章 结论
6.1 结论
6.2 展望
致谢
附录：主要研究成果
发表论文
申请专利
发布时间: 2006-05-10
参考文献
- [1].镍磷纳米碳管化学复合镀层的力学性能研究[D]. 孔纪兰.重庆大学2006
- [2].纳米碳管和氧化物一维功能纳米材料的制备与表征[D]. 孔凡志.浙江大学2003
- [3].定向纳米碳管及其复合膜的制备与表征[D]. 徐军明.浙江大学2004
- [4].纳米碳管/稀土酞菁复合材料的制备与光电性能研究[D]. 曹雷.浙江大学2004
- [5].化学气相催化裂解法制备纳米碳管及其应用研究[D]. 刘云芳.北京化工大学2005
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- [10].纳米碳管表面的聚合物修饰及其初步应用于纳米复合材料的研究[D]. 谢龙.复旦大学2007
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