纳米孔无机材料模板法制备一维和二维碳纳米材料的研究

摘要

近年来使用模板法制备碳纳米材料引起了人们广泛的重视。基于模板的空间限域作用和模板剂的调控作用，该方法实现了对目标材料的形貌、结构、大小、排布等的控制，是合成一维纳米材料的一项有效技术。
　　本文采用水滑石和埃洛石两种无机材料作为模板，制备得到一维和二维碳纳米材料，考察碳源添加量，碳化温度等条件对产物的影响。采用XRD、IR、拉曼、SEM、TEM、XPS、BET等手段对所得到的材料进行一系列的表征。
　　采用钴铝水滑石(CoAl-CO32--LDH)为模板，对苯乙烯磺酸钠(SSS)为碳源，利用模板层间离子可交换性，在LDH层间插入碳源，通过高温碳化和酸洗除去模板过程来制备得到二维石墨烯材料。结果表明，碳化温度为600℃既可成功制各得到石墨烯材料，此时产物的石墨化程度最高，且产物复制了模板水滑石的形貌，呈现六边形，尺寸达到微米级别。其中模板钴铝水滑石中所含有的催化活性Co元素，起到加快碳化的作用。
　　以埃洛石(HNTs)为模板，聚乙烯醇(PVA)为碳源，利用HNTs的管状结构，采用模板法结合有机物修饰法成功制备得到一维碳纳米管材料。研究了碳纳米管的形成过程，结果表明，PVA是通过与HNTs表面的羟基结合，附着在HNTs的表面，形成中空管状结构的PVA/HNTs复合物。该复合物经高温碳化和酸洗去除模板过程，得到非晶态结构的碳纳米管材料。考察碳化温度对产物的影响，结果表明，产物的石墨化程度随着碳化温度的升高而降低，说明HNTs模板对碳源的石墨化具有一定的阻碍效应。
　　以埃洛石(HNTs)为模板，聚乙烯醇(PVA)为碳源，利用HNTs的中空管状结构，采用纳米浇筑法制备得到碳纳米棒材料。研究了碳纳米棒的形成过程，结果表明，PVA被填充进入HNTs的管径内，并在管径内堆积，将管径填满，形成PVA/HNTs复合物。研究碳源添加量不同对产物的影响，结果表明，当碳源与模板的质量比为2∶1时，表现出更好的填充效果，更高的含碳量及更高的石墨化程度。以埃洛石(HNTs)为模板，聚乙烯醇(PVA)为碳源，采用水热法同样可以得到碳纳米棒材料。考察碳化温度不同对两种方法所得碳纳米棒材料的影响，结果都表明，产物的石墨化程度随碳化温度的升高而下降，说明HNTs模板对碳源的石墨化具有一定的阻碍效应。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 模板法的简介

1．2．1 模板法的分类

1．3 硬模板法制备石墨烯的研究进展

1．4 硬模板法制备碳纳米管的研究进展

1．5 硬模板法制备碳纳米棒的研究进展

1．6 纳米孔材料的简介

1．6．1 水滑石的简介

1．6．2 水滑石作为模板制备二维石墨烯的研究进展

1．6．3 埃洛石的简介

1．6．4 埃洛石纳米管作为模板制备一维纳米棒的研究进展

1．7 本论文的创新点

1．8 本论文的研究内容

参考文献

第二章 层状纳米孔水滑石模板法制备二维石墨烯的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器表

2．2．3 实验步骤

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 水滑石插层条件的研究

2．3．2 插层水滑石制备二维石墨烯

2．4 本章小结

参考文献

第三章 埃洛石为模板制备碳纳米管的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器表

3．2．3 实验步骤

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 PVA修饰HNTs表面的研究

3．3．2 埃洛石制备一维碳纳米管的研究

3．3．3 碳纳米管的合成原理

3．4 本章小结

参考文献

第四章 埃洛石为模板制备碳纳米棒的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器表

4．2．3 实验步骤

4．2．4 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 PVA填充HNTs纳米孔的研究

4．3．2 埃洛石制备一维碳纳米棒的研究

4．3．3 水热法制备一维碳纳米棒的研究

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5．1 全文总结论

5．2 展望

致谢

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