碳微球的水热法合成及性能研究

论文摘要

随着富勒烯、碳纳米管的发现,人们对于碳基材料的研究进入了白热化的程度,这是因为碳基材料具有良好的导热、导电等物理性质,是一种十分理想的优质材料。所以提高产率,降低实验成本是目前合成碳基材料的两个关键因素。本文通过低温水热方法,以多种自然界广泛存在的糖类作为碳源,在反应釜的高温高压的内环境下,原料经过一定程度的交联碳化得到不同尺寸的球状碳材料,通过控制反应物浓度、反应时间、温度等实验参数,得到了粒径尺寸均一、表面光滑并且具有较好形貌的水热产物。利用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱分析（FT-IR）等手段的测试表明通过这种方法制备的产物传承了原料的优良性质,它的外表面也具有非常丰富的官能团,如羟基、羧基等,省去了表面活化的步骤,为以后进行表面单载、催化等领域的应用提供了非常有利的前期条件。以葡萄糖作为碳源,加入一定比例的两种价态的铁盐,通过不同种类的表面活性剂的引入来调控产物的形貌。在适合的原料浓度、反应时间、温度等参数条件下制得表面光滑且粒径均一的复合碳材料。在经过惰性气体保护碳化之后不仅有磁性粒子Fe3O4出现,而且之前的无定形碳也向石墨晶相转化,重要的是这个转化温度远远低于无定形碳的结晶温度,然而球状形貌并未遭到破坏,只是有略微板结,仅通过一步处理便得到了磁性石墨碳微球。通过X射线衍射分析（XRD）、拉曼光谱和TG-DTA等表征,结果表明我们制备的复合材料中磁性粒子的比重大约在35%左右。目前,复合碳基材料作为一种很重要的材料引起了研究领域的广泛关注。在金属/碳复合材料中,碳不仅可避免金属纳米粒子团聚而且可以排除环境对金属的影响,金属由于碳的保护与空气隔离,使其在空气中长期稳定,为解决金属纳米粒子在空气中极易氧化的问题提供了一种解决方法,对于金属的抗氧化性研究具有重要的现实意义。金属/碳复合材料在催化剂载体、磁性分离、靶向给药、储氢、环境保护、电极材料等领域展现出了很大的优越性和十分广阔的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 碳材料概述
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 碳的结构
• 1.1.3 碳的性质
• 1.2 球型碳材料概述
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 球型碳材料的制备方法
• 1.2.3 球型碳材料的结构和表征方法
• 1.2.4 球型碳材料的应用
• 1.3 金属/碳复合材料概述
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 金属/碳复合材料的制备方法
• 1.3.3 金属/碳复合材料的应用
• 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 实验试剂和仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器和设备
• 2.2 材料表征方法
• 2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.2 傅里叶变换红外（FT-IR）光谱分析
• 2.2.3 广角X-射线衍射（WAXRD）分析
• 2.2.4 拉曼（Raman）光谱分析
• 2.2.5 热重-差热分析
• 第3章 微纳碳球的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 合成方法
• 3.2.2 合成参数分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 3.3.2 红外光谱（FT-IR）分析
• 3.3.3 微球生成机理探讨
• 3.4 本章小结
• 第4章 磁性碳微球的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 合成方法
• 4.2.2 合成参数分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 4.3.2 X-射线衍射分析
• 4.3.3 拉曼（Raman）光谱分析
• 4.3.4 TG-DTA 分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢