碳纳米管/量子点纳米复合材料的制备及其性质研究

论文摘要

碳纳米管自从被发现以来,其特殊的结构以及独特的光学、电学、机械和化学性能引起人们的极大关注,所以近年来对碳纳米管的研究掀起了一股热潮。为了进一步优化碳纳米管的性质和拓展其潜在应用范围,人们对碳纳米管进行各种表面修饰,获得了各种性能优越的碳纳米管基纳米复合材料,在光学、电学、催化等领域展示了广阔的应用前景。量子点具有比传统的有机荧光染料更为优越的性能。它们因具有尺寸可调的光学性质和高的荧光量子产率而成为用于制备发光二极管、激光器和生物荧光标记物的新颖理想的光学材料。本论文采用非共价方法在碳纳米管表面原位修饰了金属硫化物和硒化镉纳米粒子,将碳纳米管和量子点结合起来,获得了新型的纳米复合材料,并对这些材料进行了一系列的表征和性质研究。全文共三章。第一章概述了碳纳米管的结构、性质和应用前景以及量子点的性质和应用,并提出了本论文的研究设想。第二章通过在碳纳米管的表面上利用层层自组装的方法非共价修饰了十二烷基硫酸钠(SDS)和壳聚糖,并以这个体系为模板在碳纳米管表面上原位合成了ZnS,CdS,Ag2S和PbS等金属硫化物纳米粒子,从而制备了一系列碳纳米管/SDS/壳聚糖/硫化物纳米复合材料。采用XRD、TEM、FTIR光谱、紫外可见吸收光谱对这类纳米复合材料进行表征。结果表明,在修饰了十二烷基硫酸钠和壳聚糖的情况下,硫化物纳米粒子能够均匀地修饰在碳纳米管表面,而且纳米粒子的粒径较为均一。这一章中还探讨了反应物浓度对产物形貌的影响。所得的碳纳米管/SDS/壳聚糖/硫化物纳米复合材料可能在非线性光学领域存在潜在的应用前景。第三章采用“绿色化学”方法,在优化条件下制备了硒化镉(CdSe)量子点。TEM、XRD、紫外可见吸收光谱及荧光光谱对产物的研究结果表明,所得硒化镉量子点具有良好的均一性和单分散性,且荧光性能良好,在紫外灯照射下能发射稳定的绿色荧光。本章在成功制备硒化镉(CdSe)量子点基础上,创新性地在制备硒化镉量子点的过程中,通过原位加入经过稀酸处理过的碳纳米管,在不需要其他表面活性剂和偶联剂的条件下,成功地制备了碳纳米管/硒化镉量子点纳米复合材料。研究了反应物浓度和反应时间对所得材料的形貌和光学性质的影响,发现反应时间为15分钟和前驱体的投料浓度为1.0 mmol/L可作为纳米复合材料制备的最优条件。在该条件下,尺寸均一的硒化镉纳米粒子能够均匀地原位修饰在碳纳米管表面上,同时所得纳米复合材料具有良好的荧光性能。该纳米复合材料可能具有更为新颖的光、电性质,有望用于制备具有优良光、电和机械性能的纳米复合器件。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 碳纳米管的制备、结构、性质及其应用前景
• 1.1.1 碳纳米管的制备
• 1.1.2 碳纳米管的结构
• 1.1.3 碳纳米管的性质和应用
• 1.2 碳纳米管的修饰
• 1.2.1 碳纳米管的管内修饰
• 1.2.2 碳纳米管的管壁修饰
• 1.2.3 碳纳米管修饰的作用
• 1.3 量子点及量子点/聚合物复合材料的性质和应用
• 1.4 本论文的研究设想
• 参考文献
• 第二章 碳纳米管/硫化物复合材料的制备和性质研究
• 引言
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.2 实验步骤
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 碳纳米管表面修饰硫化锌、硫化镉、硫化铅、硫化银的XRD 图分析
• 2.2.2 碳纳米管表面修饰硫化锌、硫化镉、硫化铅、硫化银的 TEM 照片
• 2.2.3 碳纳米管表面修饰聚合物和硫化锌纳米粒子的红外光谱图分析
• 2.2.4 碳纳米管表面修饰硫化锌、硫化镉、硫化铅、硫化银的紫外光谱图分析
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 碳纳米管表面原位生长CdSe 量子点
• 引言
• 3.1 CdSe 量子点的“绿色化学”合成与表征
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.2 碳纳米管原位生长CdSe 量子点
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 全文小结
• 致谢