一维炭基纳米复合材料的溶剂热合成与性能研究

摘要

本论文丰富和发展了溶剂热法合成一维纳米结构材料的制备技术，采用溶剂热法合成了碳纳米管/镍羟乙醇盐聚合物(MWCNT/NGP)、碳纳米管/四氧化三铁(MWCNT/Fe3O4)和镍羟乙醇盐聚合物微管(NGPMs)等一维纳米碳基复合材料，并分别对它们的电化学性能、微波吸收性能和吸附水中铬(VI)离子性能进行了研究。主要内容如下:
　　 1.以MWCNTs和硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)作反应物，无水乙酸钠(NaAc)作添加剂，乙二醇(EG)作溶剂，采用简易的溶剂热法于200(℃)反应12小时，制备了MWCNT/NGP核-壳结构一维纳米结构，改变Ni(NO3)2·6H2O的浓度，可以调节核-壳结构的壳层厚度。电化学测试结果表明制备的MWCNT/NGP复合结构对葡萄糖直接氧化有明显的催化活性，且催化活性与壳层厚度有关，在MWCNTs和Ni(NO3)2·6H2O原始配比为30∶1(mg∶mmol)时，得到的核-壳结构有最高的催化活性，且响应电流与葡萄糖浓度呈良好的线性关系，具备一定的抗干扰能力，这在发展无酶葡萄糖传感器方面有潜在应用。
　　 2.以MWCNTs和氯化铁(FeCl3·6H2O)为反应物，无水乙酸钠(NaAc)作添加剂，乙二醇(EG)作溶剂，采用溶剂热法制备了Fe3O4纳米球镶嵌在MWCNTs表面的MWCNT/Fe3O4异质结一维纳米结构材料，讨论了FeCl3·6H2O浓度对异质结构形貌的影响，Fe3O4纳米球在MWCNTs表面镶嵌的疏密主要取决于前驱体浓度。对微波频率在2～18GHz的吸收性能测试结果表明制备的Fe3O4纳米球有较强的微波吸收能力，最大吸收峰随涂层厚度向低频方向移动。与之相比，制备的MWCNT/Fe3O4异质结构吸波能力在高频得到增强，而在低频略有降低。
　　 3.在MWCNT/NGP基础上，采用溶剂热法制备了NGPMs一维纳米结构，将其在空气氛围中高温煅烧，得到了保持原结构和形貌的NiO微管，二者吸附水中铬(VI)离子(Cr2O72-)的实验结果表明NGPMs可以快速移除水中绝大部分的铬(VI)离子，在pH=4时吸附量高达14.6mg/g，具备较好移除水中铬(VI)离子的能力。该NGPMs有希望发展成新型重离子水处理剂。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 一维纳米结构综述

1．2 一维碳纳米材料

1．3 碳纳米管复合结构

1．3．1 管内修饰型碳纳米管复合结构

1．3．2 管壁修饰型碳纳米管复合结构

1．4 碳纳米管／金属氧化物复合结构的合成

1．4．1 非原位合成法：将纳米粒子连接到碳纳米管表面

1．4．2 原位合成法：纳米粒子形成在碳纳米管表面

1．5 碳纳米管／金属氧化物杂化结构的性质和潜在应用

1．5．1 电催化

1．5．2 传感器

1．5．3 太阳能电池

1．6 本论文的研究设想

第二章 碳纳米管／镍羟乙醇盐聚合物核-壳结构的合成与电化学性能

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 样品制备

2．2．3 样品表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 产物物相

2．3．2 微结构和形成机理

2．3．3 电化学性能

2．4 小结

第三章 Fe3O4纳米微球、MWCNT／Fe3O4异质结构溶剂热制备和微波吸收性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 Fe3O4纳米微球的制备

3．2．2 MWCNT／Fe3O4异质结构的制备

3．2．3 表征

3．3 结果和讨论

3．3．1 XRD和SEM分析

3．3．2 微波吸收性能及分析

3．4 小结

第四章 镍羟乙醇盐聚合物与氧化镍微米管的溶剂热合成及其吸附铬(Ⅵ)离子性能研究

4．1 引言

4．1 实验部分

4．1．1 NGPMs的制备

4．1．2 NiO微米管的制备

4．1．3 表征

4．1．4 水处理实验

4．2 结果与讨论

4．2．1 物相和形貌分析

4．2．2 吸附水中铬(Ⅵ)离子性能

4．3 小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

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