富勒烯纳米纤维形貌和结构影响因素的研究

论文摘要

富勒烯纳米纤维是指外径小于1000nm,或管壁厚度小于200nm长径比大于3的具有纤维状形貌的富勒烯纳米材料。富勒烯纳米纤维既保持了富勒烯分子的的结构和性质又具有单晶结构,高长径比,是十分理想的低维纳米材料。然而,富勒烯纳米纤维中纳米管的合成效率不高,生长机理尚不明确。本文通过不同溶液体系,调整光照等实验条件,得到富勒烯纳米纤维的最佳合成条件,系统研究了不同激发条件下富勒烯纳米纤维的形貌和结构,从而进一步探讨了富勒烯纳米管的生长机理。采用液-液界面析出法在不同的溶剂体系中合成了不同结构形貌的富勒烯纳米纤维（FNFs）。当溶剂为吡啶或N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）时,可制备具有空心结构的纳米纤维,即富勒烯纳米管（FNTs）。溶剂类型对FNFS形貌结构影响巨大。溶剂分子与C60分子间的相互作用在FNTs的制备中起到了关键的作用。深入研究了激发条件对FNTs制备的影响,统计了不同激发波长和时间下FNTs的尺寸分布和平均内外径之比。当激发时间一定时,FNTs的平均内外径之比随激发波长的缩短而增加,制得的FNTs具有相对较大的内径和较薄的管壁。当激发波长一定时,在最佳激发时间下制备的FNTs有最大的平均内外径之比。鉴于实验数据与分析,提出了FNTs可能的C60-吡啶类表面活性剂生长机理。当照射时间约为30min时,最有利于C60-吡啶络合物的形成,因C60-吡啶分子间电子转移络合物的形成在C60颗粒表面形成吡啶保护层。此时,C60的饱和吡啶溶液加入异丙醇后,富勒烯颗粒粒径最小,表面包覆的吡啶分子保护层最厚,颗粒最稳定。因此C60颗粒最容易达到平衡点而停止为FNTs的继续生长提供C60分子。此时得到的FNTs相对内径最大,管壁最薄。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 60)的结构与性质'>1.1 富勒烯(C₆₀)的结构与性质
• 60的结构'>1.1.1 富勒烯C₆₀的结构
• 60的主要物理化学性质'>1.1.2 富勒烯C₆₀的主要物理化学性质
• 1.2 一维碳纳米材料
• 60纳米材料的研究现状'>1.3 一维C₆₀纳米材料的研究现状
• 1.3.1 FNFs 的制备
• 1.3.1.1 分子自组装法
• 1.3.1.2 多孔氧化铝模板法
• 1.3.1.3 液-液界面法
• 1.3.2 FNFs 的结构
• 1.3.2.1 FNTs 的内外径关系
• 1.3.2.2 FNFs 的溶剂化结构
• 1.3.3 FNFs 生长机理
• 1.3.3.1 “2+2”环加成反应
• 60与吡啶两性离子络合物机理'>1.3.3.2 C₆₀与吡啶两性离子络合物机理
• 1.3.3.3 核芯再溶解机理
• 1.3.3.4 晶核表面浓度损耗机理
• 1.3.4 FNFs 的性质
• 1.3.4.1 力学性能
• 1.3.4.2 电学性能
• 1.3.4.3 光学性能
• 1.3.4.4 热性能
• 1.3.4.5 易脱除模板
• 1.4 选题的目的和意义
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 FNFs 的制备与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料及试剂
• 2.1.2 主要设备
• 2.1.3 合成方法
• 2.1.4 表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 FNFs 的红外光谱
• 2.2.2 FNFs 的POM
• 2.2.3 FNFs 的SEM 和TEM
• 2.2.4 UV-Vis 光谱
• 2.2.5 NMP 体系中FNTs 的合成
• 2.3 本章小结
• 第三章 FNTs 合成中光照激发条件的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料及试剂
• 3.1.2 主要设备
• 3.1.3 合成方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 FNTs 的红外光谱
• 3.2.2 FNTs 的结构与形貌
• 3.2.3 不同激发条件对FNTs 形貌结构的影响
• 3.2.3.1 FNTs 的SEM 分析
• 3.2.3.2 FNTs 的TEM 分析
• 3.2.3.3 FNTs 内外径尺寸统计与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 FNTs 生长机理的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料及试剂
• 4.1.2 主要设备
• 4.1.3 实验方法
• 60母液的UV-vis 光谱测试'>4.1.3.1 C₆₀母液的UV-vis 光谱测试
• 60母液的粒径测定'>4.1.3.2 C₆₀母液的粒径测定
• 4.2 结果与讨论
• 60母液的UV-vis 光谱'>4.2.1 C₆₀母液的UV-vis 光谱
• 60母液的粒径分析'>4.2.2 C₆₀母液的粒径分析
• 4.2.3 FNTs 生长机理
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
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