利用水溶性催化剂气相沉积纳米碳纤维的研究

论文摘要

纳米碳纤维具有优异的物理化学性能,如较大的比表面积,很高的机械强度,高导电性能,长纤维结构,较好的化学稳定性等。目前,气相生长纳米碳纤维一般以Fe、Co、Ni及其合金为催化剂,因此要除去纳米碳纤维中的催化剂就必须用强酸洗,这样可能会破坏纳米碳纤维的结构,并且由于环境的关系不利于大规模的生产。本文主要针对这一问题进行了如下研究:第一,利用不同的催化剂前驱体制备的催化剂,以乙炔为碳源,通过化学气相沉积法制备纳米碳纤维。研究了不同的催化剂前驱体制备的催化剂及反应温度对纳米碳纤维的形貌的影响。通过TG、XRD对催化剂前驱体和催化剂进行了表征,通过SEM、TEM对纳米碳纤维的形貌、结构进行了表征,发现:催化剂的主要成分是碳酸钾;制备出的纳米碳纤维有三种形貌:螺旋纳米碳纤维,纳米碳管,线形纳米碳纤维;反应温度越高,纳米碳纤维的直径越大;最佳反应温度为600℃;各种催化剂前驱体中柠檬酸钾生成的催化剂效果最佳,生成的纳米碳纤维产率最高。第二,直接以碱金属盐为催化剂,乙炔为碳源,利用化学气相沉积法制备纳米碳纤维,发现:对于同一种催化剂,一般来说温度越高,纳米碳纤维直径越大;大小在30-50nm范围内的催化剂粒子比较容易生成纳米碳管,大小在50-100nm范围内的催化剂粒子比较容易生成螺旋纳米碳纤维,大小在100nm以上的催化剂粒子容易生成线形纳米碳纤维;几种催化剂相比,氟化钠和氯化铯的催化活性最差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米碳纤维的历史
• 1.3 纳米碳纤维的制备方法
• 1.3.1 基体法
• 1.3.2 喷淋法
• 1.3.3 气相流动催化法
• 1.3.4 化学气相沉积法（CVD）
• 1.3.5 电场纺丝法
• 1.4 纳米碳纤维的形貌
• 1.5 纳米碳纤维的微观结构
• 1.6 气相沉积纳米碳纤维的影响因素
• 1.6.1 碳源
• 1.6.2 催化剂
• 1.6.3 催化助剂
• 1.6.4 反应温度
• 1.6.5 气流量
• 1.7 纳米碳纤维的生长机理
• 1.8 纳米碳纤维的性能
• 1.8.1 力学性能
• 1.8.2 电学性能
• 1.8.3 热学性能
• 1.9 纳米碳纤维的应用
• 1.9.1 纳米碳纤维在储氢及储锂方面的应用
• 1.9.2 催化剂和催化剂载体
• 1.9.3 纳米碳纤维在电磁屏蔽材料和隐形材料中的应用
• 1.9.4 纳米碳管修饰电极的电分析应用
• 1.9.5 纳米碳纤维在电子科学领域中的应用
• 1.10 课题的目的及意义
• 第二章 前驱体法制备纳米碳纤维
• 2.1 试验仪器和试剂
• 2.2 催化剂前驱体的制备
• 2.2.1 硬脂酸钾的制备
• 2.2.2 草酸钾的制备
• 2.2.3 柠檬酸钾的制备
• 2.3 纳米碳纤维的制备
• 2.3.1 催化剂的制备
• 2.3.2 纳米碳纤维的制备
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 催化剂的表征
• 2.4.2 纳米碳纤维的表征
• 2.5 本章小结
• 第三章 直接利用碱金属盐制备纳米碳纤维
• 3.1 试验仪器和试剂
• 3.1.1 试验所用试剂
• 3.1.2 试验所用仪器
• 3.2 催化剂的制备
• 3.2.1 聚苯乙烯溶液的配制
• 3.2.2 催化剂的预处理
• 3.3 纳米碳纤维的制备
• 3.3.1 催化剂的制备
• 3.3.2 纳米碳纤维的制备
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 锂盐催化剂制备的纳米碳纤维的表征
• 3.4.2 钠盐催化剂制备的纳米碳纤维的表征
• 3.4.3 钾盐催化剂制备的纳米碳纤维的表征
• 3.4.4 铯盐催化剂制备的纳米碳纤维的表征
• 3.4.5 纳米碳纤维生长机理的探讨
• 3.5 本章小结
• 论文工作总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文