多壁碳纳米管的功能化和光化学、电化学传感器的研究

论文摘要

本论文主要探索功能化碳纳米管来作为苯类衍生物的吸附剂和光电转化材料;研制了一种新型锡膜的电化学传感器及其对重金属离子的检测,研究了它的最佳使用条件;探索了二氧化碳荧光传感器的研制及其应用研究。主要内容归纳如下:1.在多壁碳纳米管的纯化过程中使其开口,然后用FeN3的水溶液利用毛细现象来实现碳纳米管的管内填充,在560℃下分解,然后用氢气在900℃还原,使其产生磁性;利用偶氮二异丁氰在恒温的条件下裂解,产生烷烃链的自由基来修饰碳纳米管,再用NaOH使其水解,使其具有水溶性。通过这两步修饰使碳纳米管既具有磁性,又具有水溶性。由于碳纳米管对苯及其衍生物具有良好的吸附性能,经过双功能化的碳纳米管,用来除去水中苯及其衍生物且重复使用的。2.利用偶氮二异丁氰在恒温的条件下裂解,产生的烷烃链的自由基来修饰碳纳米管,侧壁修饰卟啉在碳纳米管的量可达60%。这种方法极大地提高的卟啉及其配合物化学键合在碳纳米管上的量,这些材料的荧光光谱证明它们可以有效地作为光电或能量转化的材料。3.我们首次制备一种新型的锡膜修饰电极（SnFE）,使用溶出伏安法检测来重金属离子。这种电极是在0.1 M的乙酸钠的缓冲溶液中和一定的电位下原位制备。我们对主要的几个参数如电解电位、沉积时间、pH等进行了优化。沉积时间为120s,在20-140ppb范围内对Pb（Ⅱ）的响应电流和浓度之间具有良好的线性关系。与铋膜电极相比对Pb（Ⅱ）具有很好的选择性。SnEF对Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）进行了检测,SnFE具有背景电流低且锡环境友好性等优点,有望在重金属离子的检测取代汞电极。4.采用相转移的方法,将亲水性的荧光染料pyranine修饰在非亲水性二氧化硅的凝胶的矩阵中,研究不同硅源对二氧化碳传感器的影响。研究了用TiO2掺杂在二氧化硅的矩阵来提高其对二氧化碳检测的灵敏度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 碳纳米管的结构
• 1.3 碳纳米管的分类
• 1.4 碳纳米管的制备
• 1.4.1 电弧放电法
• 1.4.2 气相催化热解法
• 1.4.3 激光蒸发法
• 1.5 碳纳米管的性质
• 1.5.1 力学性质
• 1.5.2 电学性质
• 1.5.3 磁学性能
• 1.5.4 热学性能
• 1.5.5 光学性质
• 1.5.6 填充性能
• 1.6 碳纳米管的应用
• 1.6.1 储氢材料
• 1.6.2 场致发射
• 1.6.3 新型碳纤维材料及增强材料
• 1.6.4 超级电容器电极材料
• 1.6.5 新一代的电子器件
• 1.6.6 高分子/碳纳米管复合材料
• 1.6.7 传感器
• 1.7 碳纳米管的功能化
• 1.7.1 共价键修饰
• 1.7.2 碳纳米管侧壁的卤化
• 1.7.3 卡宾加成反应
• 1.7.4 自由基反应修饰碳纳米管
• 1.8 碳纳米管管内修饰
• 1.8.1 碳纳米管的两步法填充
• 1.8.2 液相介质填充
• 1.8.3 气相填充
• 1.8.4 碳纳米管的原位填充
• 1.9 电化学传感的研制及其在重金属离子检测中应用研究
• 1.9.1 电化学分析方法概述
• 1.9.2 溶出伏安法
• 1.9.2.1 方法原理
• 1.9.2.2 分类
• 1.9.2.3 铅的分析
• 1.10 二氧化碳的荧光传感器
• 参考文献
• 第二章 磁性水溶性多壁碳纳米管的制备及其对水中苯和其衍生物的吸附研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2.2.1.1 试剂
• 2.2.1.2 仪器
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 制备Fe-MWNTs
• 2.3.2 制备Fe-MWNTs-CN
• 2COONa'>2.3.3 制备Fe-MWNTs-CH₂COONa
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 FT-IR表征
• 2.4.2 XRD表征
• 2.4.3 TEM和Raman表征
• 2.4.4 TGA表怔
• 2.4.5 磁滞曲线
• 2COONa样品对苯及其衍生物的吸附'>2.4.6 Fe-MWNT-CH₂COONa样品对苯及其衍生物的吸附
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 尾式卟啉及其金属配合物修饰碳纳米管的合成和表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.1.1 试剂
• 3.2.1.2 仪器
• 3.2.2 实验过程
• 2COOH的合成'>3.2.2.1 MWNTs-CH₂COOH的合成
• 3.2.2.2 5-（4-羟基）-10,15,20-三苯基卟啉（MHTPP）的合成
• 3.2.2.3 CoMHTPP和ZnMHTPP的制备
• 3.2.2.4 Composite Ⅰ、Composite Ⅱ和Composite Ⅲ的合成
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 新型电化学传感器的制备和对微量重金属离子的测定
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.1.1 试剂
• 4.2.1.2 仪器
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.3 方波溶出伏安法Cd和Pb
• 4.3 结果和讨论
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 二氧化碳的荧光传感器
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂和仪器
• 5.2.1.1 试剂
• 5.2.1.2 仪器
• 5.2.2 二氧化碳光学传感器的制备
• 5.2.2.1 含有pyranine硅胶溶液的制备
• 5.2.2.2 在玻璃片上镀膜
• 5.2.2.3 二氧化碳光学传感器的工作原理
• 5.2.2.4 二氧化碳定量分析的装置图
• 5.3 二氧化碳传感器的表怔
• 5.3.1 TGA-DTG表怔
• 5.3.2 SEM表怔
• 5.3.3 膜的荧光性质
• 5.3.4 TOAOH对膜的荧光性能的影响
• 5.3.5 MTEOS和ETEOS两种原料制备的膜比较
• 5.3.6 校正曲线
• 5.4 荧光传感器灵敏度的提高
• 5.5 小结
• 参考文献
• 博士期间发表的论文
• 致谢