多壁碳纳米管的改性及NO吸附—脱附研究

论文摘要

本文采用碱活化法（KOH）、环糊精非共价法对多壁碳纳米管进行改性,并制备了氮、硼掺杂的碳纳米管。采用SEM、TG-MS、XRD、XPS、FT-IR、Raman等对所制备和改性的碳纳米管进行了表征。结果表明碱活化后的碳纳米管其比表面积较碱活化前的碳纳米管明显增大,SEM图片显示碱活化后的碳纳米管变直变短;而经环糊精改性的碳纳米管表面被环糊精所包裹,XRD和Raman研究表明,碱活化法和环糊精改性的碳纳米管结构并没有发生变化。而氮硼掺杂改性的碳纳米管Raman谱图G峰峰位向波数大的方向偏移,表现出半导体的特性。NO吸附-脱附研究结果发现:经碱活化和环糊精改性的碳纳米管,对NO吸附的能力明显增强。因为碱活化后的碳纳米管的比表面积增大,增强了碳纳米管对NO的吸附能力;而环糊精特有的空腔和多羟基结构对NO具有选择吸附性能。用氮、硼掺杂改性的碳纳米管,制备碳纳米管修饰电极,进行NO在碳纳米管修饰电极上的电氧化研究。研究发现氮、硼掺杂改性的碳纳米管修饰电极NO电催化反应活性增加,反应的活化能降低,提高了NO电化学氧化反应的灵敏度。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 碳纳米管概述
• 1.2.1 碳纳米管的发现
• 1.2.2 碳纳米管的结构
• 1.2.3 碳纳米管的合成
• 1.2.3.1 电弧法
• 1.2.3.2 激光蒸发法
• 1.2.3.3 化学气相沉积法
• 1.2.4 碳纳米管的性能及其应用
• 1.2.4.1 碳纳米管的性能
• 1.2.4.1.1 力学性能
• 1.2.4.1.2 电学性能
• 1.2.4.1.3 热学性能
• 1.2.4.1.4 磁学性能
• 1.2.4.1.5 气体吸附特性
• 1.2.4.2 碳纳米管的应用
• 1.2.4.2.1 固相萃取吸附剂
• 1.2.4.2.2 碳纳米管的场致发射领域应用
• 1.2.4.2.3 碳纳米管修饰电极
• 1.2.4.2.4 气体传感器
• 1.2.4.2.5 储氢材料
• 1.3 碳纳米管的修饰改性
• 1.3.1 碳纳米管的共价修饰改性
• 1.3.1.1 端基共价修饰改性
• 1.3.1.2 碳纳米管侧壁共价修饰改性
• 1.3.2 碳纳米管的非共价修饰改性
• 1.3.3 杂原子掺杂
• 1.4 选题背景及国内外研究现状
• 1.4.1 选题背景
• 1.4.2 国内外研究现状
• 1.5 研究课题来源
• 1.6 本课题的研究内容
• 第2章 实验材料和表征方法
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.2 广角X 射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.3 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.3.4 热重-质谱联用仪（TG-MS）
• 2.3.5 拉曼光谱（Raman）
• 2.3.6 循环伏安法的测定
• 2.3.7 比表面积的测定
• 2.3.8 变温电阻的测定
• 2.3.9 电子能谱XPS 测试
• 第3章 碳纳米管活化及NO 吸附-脱附研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 多壁碳纳米管的制备
• 3.2.1.1 导电玻璃（ITO）的清洗
• 3.2.1.2 SBA-16 膜的制备
• 3.2.1.3 SBA-16 膜电沉积Fe 催化剂
• 3.2.1.4 CVD 法生长碳纳米管
• 3.2.1.5 碳纳米管的纯化
• 3.2.2 多壁碳纳米管的活化
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 活化前后碳纳米管的扫描电镜结果（SEM）
• 3.3.2 活化前后碳纳米管的XRD 分析
• 3.3.3 活化前后碳纳米管的拉曼光谱分析（Raman）
• 3.3.4 KOH 活化前后碳纳米管比表面的测定
• 3.3.5 碳纳米管的活化过程热重分析及质谱结果
• 3.3.6 碳纳米管的活化前后对NO 吸附-脱附分析结果
• 3.3.7 NO 在碱活化碳纳米管修饰电极上的电氧化研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 β-环糊精改性多壁碳纳米管的研制及NO 吸附性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 β-CD 改性的MWCNTs 的制备
• 4.2.2 NO 吸附-脱附
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 β-CD 改性修饰MWCNTs 的SEM 图
• 4.3.2 β-CD 改性修饰MWCNTs 的红外光谱（FT-IR）
• 4.3.3 β-CD 改性修饰MWCNTs 的XRD 光谱
• 4.3.4 环糊精与多壁碳纳米管作用
• 4.3.5 β-CD 改性修饰MWCNTs 的NO 吸附-脱附
• 4.3.6 环糊精改性修饰的碳纳米管NO 脱附的质谱结果
• 4.3.7 NO 在环糊精改性碳纳米管修饰电极上的电氧化研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 氮掺杂半导体型碳纳米管的合成及表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 催化剂的制备
• 5.2.2 氮掺杂碳纳米管的制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 氮掺杂碳纳米管的SEM 图
• 5.3.2 氮掺杂碳纳米管的XPS 结果
• 5.3.3 氮掺杂碳纳米管的红外光谱图（FT-IR）
• 5.3.4 氮掺杂碳纳米管的Raman 光谱图
• 5.3.5 氮掺杂碳纳米管的XRD 光谱
• 5.3.6 氮掺杂碳纳米管变温电阻的测定
• 5.3.7 NO 在氮掺杂碳纳米管修饰电极上的电氧化研究
• 5.4 本章小结
• 第6章 硼掺杂碳纳米管的合成及表征
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 硼掺杂碳纳米管的制备
• 6.2.2 硼掺杂碳纳米管的电化学性能测定
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 硼掺杂碳纳米管的TEM 结果
• 6.3.2 硼掺杂碳纳米管的XPS 结果
• 6.3.3 硼掺杂碳纳米管的拉曼光谱分析
• 6.3.4 硼掺杂碳纳米管的XRD 光谱
• 6.3.5 硼掺杂碳纳米管的红外光谱分析
• 6.3.6 硼掺杂碳纳米管的比表面积测定
• 6.3.7 硼掺杂碳纳米管生成机理探讨
• 6.3.8 NO 在硼掺杂碳纳米管修饰电极上的电氧化研究
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文