碳纳米管/聚苯胺/纳米金复合材料的制备及催化和电学性能研究

摘要

碳纳米管、聚苯胺和纳米金颗粒这三种材料由于各自具备独特的性能,一直都是人们关注的热点材料。碳纳米管作为最重要的纳米材料之一,对它的研究也越来越受到人们的重视。通过采用不同的实验方法,制备碳纳米管与聚苯胺(导电聚合物的代表)、纳米金颗粒(无机纳米粒子的代表)二元和三元复合材料。由于这三种材料的独特性能,经过复合之后,发展了三种材料的功能协同作用。该类复合材料在光学仪器、传感器、催化剂、微电子器件等方面有潜在的应用前景。
　　论文工作如下:
　　1、在强酸性环境下,以氯金酸为氧化剂,碳纳米管载体上进行苯胺聚合。采用一步法,无法得到纳米金颗粒分散均匀、粒径可控的MWNTs-COOH/PANI/Au三元复合材料,生成的纳米金更趋向于均相聚合,形成聚集的金颗粒。通过实验方法改进,采用一步法制备碳纳米管/聚巯基苯胺/纳米金颗粒三元复合材料,由于2-巯基苯胺中巯基的存在,有利于纳米金颗粒的分散,得到了比较理想的三元复合材料。对该材料催化性能的研究表明,MWNTs-COOH/PATP/Au三元复合材料对硝基转化成氨基的反应具有显著的催化作用。
　　2、采用溶液聚合法,把碳纳米管分散在水溶液中,以过硫酸铵为氧化剂,制备了聚苯胺包裹碳纳米管的二元复合材料。通过调节初始反应溶液的pH值,然后测定反应结束之后的pH值,考察了不同初始pH值对二元复合材料MWNTs-COOH/PANI的形貌、电学性能和微波吸收性能的影响。测试结果表明,初始反应料液的pH值越低,所制备的MWNTs-COOH/PANI复合材料的导电性和介电损耗能力越好,更利于用作微波吸收材料。
　　3、进行了二元复合材料负载纳米金颗粒实验。分别把纳米金颗粒负载到在1.0M和pH=2.0的盐酸溶液中制备的二元MWNTs-COOH/PANI复合材料上,对比发现,在pH=2.0时制备的MWNTs-COOH/PANI二元复合材料更有利于纳米金颗粒的负载过程,在此条件下制备的三元复合材料MWNTs-COOH/PANI/Au中,纳米金颗粒粒径均匀、分散性好,对该材料催化性能的研究表明,其对硝基转化成氨基的反应也具有催化作用。
　　4、最后,尝试高温回流法制备MWNTs-COOH/Au,MWNTs-SH/Au的二元复合材料。由于条件限制,现尚未找到制备纳米金颗粒粒径均匀、分散性好的二元复合材料的最佳工艺。通过对工艺条件的进一步改进,有望得到纳米金颗粒分散性好且粒径可控的MWNTs-SH/Au的二元复合材料,再把聚苯胺包裹在二元复合材料的表面,得到理想的三元复合材料。

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1 引言

1.1 碳纳米管简介

1.2 碳纳米管与聚苯胺的复合材料

1.3 碳纳米管/金纳米颗粒的复合材料

1.4 MWNTs/PANI/Au三元复合材料的研究进展

1.5 本论文的研究目的和主要内容

2 一步法制备MWNTs-COOH/PANI(PATP)/Au及其催化性能

2.1 研究背景

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

3 MWNTs-COOH/PANI的制备及其电学与微波吸收性能

3.1 研究背景

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

4 二步法制备MWNTs-COOH/PANI/Au及其催化性能

4.1 研究背景

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.3 本章小结

5 CNTs/Au二元复合材料的制备

5.1 研究背景

5.2 实验部分

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

结论与展望

致谢