功能化碳纳米管复合材料的构筑及在电催化中的应用

摘要

本论文围绕碳纳米管复合材料及相关性质，综述了碳纳米管的功能化方法、复合材料的制备、性质和应用研究的最新进展。我们设计并构筑了一系列碳纳米管基复合材料和复合结构并对其电学、电化学等性质进行了研究。文章主要内容如下： (1)我们利用重氮反应成功地在多壁碳纳米管的侧壁引入了高密度的苯甲酸基团，并且在溶有对氨基苯甲酸修饰的多壁碳纳米管(MWNTs)的苯胺溶液中，通过电化学共聚合法成功制备了多壁碳纳米管(MWNTs)/聚苯胺(PANI)复合膜。我们研究了MWNTs在苯胺单体中的分散性发现，对氨基苯甲酸功能化的多壁碳纳米管在苯胺单体中均匀分散，溶液呈现为均一的黑色。说明MWNTs和苯胺间的连接非常紧密。相比较而言，没有经过功能化的MWNTs(p-MWNTs)静置后很快就沉降下来，说明p-MWNTs与苯胺的连接不是很强。同时研究了铂粒子在MWNT/PANI复合膜上的分散性和电催化性能。MWNTs的存在可以提高苯胺的聚合率，生成了平滑，规整且多孔的复合膜，对比于纯PANI膜，MWNT/PANI复合膜具有更高的电导率。此外，功能化过的MWNTs的引入使得复合膜有更大的比表面积和更多的活性部位来发生感应电流反应。同时，MWNT/PANI复合膜独特的性质和结构可以帮助Pt粒子更好地分散。因此，对于甲酸的氧化，Pt/MWNT/PANI复合膜显示了非常好的电催化活性及稳定性。说明MWNT/PANI复合膜是一种非常好的催化剂载体，有着广泛的应用前景。 (2)我们在水溶液中将Pd纳米粒子还原到对氨基硫酚修饰的多壁碳纳米管上，制得了高分散性的Pd-MWNT复合材料。Pd在多壁碳纳米管表面形成了粒径均匀，分散极好的纳米粒子，并且对甲醛分子具有很好的电催化性能。Pd-fMWNT复合材料不仅具有良好的电催化活性还有很强的稳定性。对氨基硫酚修饰的多壁碳纳米管，可以避免贵金属粒子只在缺陷处沉积，金属粒子可以均匀的沉积在管的侧壁上，这样就可以获得粒径小而且分散均匀的金属颗粒。对氨基硫酚通过C-C键牢固的嫁接在MWNT的表面，非常有利于纳米粒子的沉积。这种方法的另一个优点是，在整个操作过程中无需超声，比较适合工业化生产。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1碳纳米管的结构、制备和性质

1.1.1碳纳米管的基本结构

1.1.2纳米碳管的制备

1.1.3纳米碳管的性质

1.2碳纳米管功能化

1.2.1碳纳米管的非共价功能化

1.2.2碳纳米管的共价功能化

1.3碳纳米管在复合材料中的应用

1.3.1碳纳米管/聚合物增强复合材料

1.3.2碳纳米管/金属复合材料

1.3.3碳纳米管/陶瓷复合材料

1.4选题思路和研究目的

参考文献

第二章功能化碳纳米管/聚苯胺复合材料的制备及在电催化中的应用

2.1导电聚合物(Electrically conducting polymer,ECP)

2.1.1导电聚合物的简介

2.1.2导电聚合物的导电机理

2.1.3碳纳米管/导电聚合物复合材料的制备方法

2.2聚苯胺(PANI)

2.2.1聚苯胺简介

2.2.2聚苯胺的结构

2.2.3聚苯胺修饰电极在电催化反应中的应用

2.3铂粒子修饰功能化多壁碳纳米管/聚苯胺复合膜对甲酸的电催化氧化

2.3.1对氨基苯甲酸功能化多壁碳纳米管

2.3.2 MWNT/PANI溶液的制备

2.3.3 Pt修饰的MWNT/PANI复合材料的制备

2.3.4 MWNTs在苯胺单体中的分散性研究

2.3.5 MWNT/PANI复合膜的电聚合分析

2.3.6 Pt修饰的MWNT/PANI复合膜的TEM分析

2.3.7 Pt修饰的MWNT/PANI复合膜的XRD分析

2.3.8 CNT/PANI复合膜的直流电导率析

2.3.9 Pt修饰的MWNT/PANI复合膜对甲酸的电催化活性研究

2.3.10电催化氧化甲酸的稳定性研究

2.4结论

参考文献

第三章功能化碳纳米管/Pd纳米粒子复合材料的制备及在电催化中的应用

3.1贵金属电催化剂

3.2碳纳米管/金属催化剂的制备方法

3.3碳纳米管/金属催化剂在电化学中的应用

3.4钯粒子修饰功能化多壁碳纳米管对甲醛的电催化氧化

3.4.1对氨基硫酚功能化多壁碳纳米管

3.4.2 Pd-fMWNT复合材料的制备

3.4.3 Pd-fMWNT催化剂工作电极的制备

3.4.4样品的红外吸收光分析

3.4.5 Pd-fMWNT复合材料的TEM分析

3.4.6 Pd-fMWNT复合材料的XRD分析

3.4.7 Pd-fMWNT复合材料的电催化活性分析

3.4.8 Pd-fMWNT复合材料对甲醛催化的稳定性分析

3.4.9 Pd-fMWNT复合材料的交流阻抗分析

3.5结论

参考文献

第四章结论与展望

附录作者简历及硕士期间发表论文目录

致谢