銅及其氧化物納米粒子的制備及催化聚合乙炔生長納米碳纖維的研究.pdf

1、納米碳纖維具有多種同素異形體和多種形貌以及較高的比表面積,因此被應(yīng)用于電子元件,如電化學(xué)容器、電化學(xué)能量儲存及反應(yīng)器等。銅及其氧化物作為化學(xué)氣相法制備納米碳纖維的一類重要的催化劑,催化劑的結(jié)構(gòu)將對催化產(chǎn)物形貌結(jié)構(gòu)以及催化產(chǎn)率等產(chǎn)生影響。采用不同方法制備了銅及其氧化物,通過改變反應(yīng)條件對其形貌和尺寸進(jìn)行控制,并研究了催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)對碳纖維的生長機(jī)制及產(chǎn)率等的影響。
　　一、通過電化學(xué)法制備了結(jié)晶性良好的立方相銅的納米結(jié)構(gòu)。改變電

2、解反應(yīng)的電位,分別在較高電位(-0.8 V和-0.6 V)、較低電位(-0.4 V和-0.2 V)下得到了枝晶結(jié)構(gòu)以及納米晶體結(jié)構(gòu)的銅晶體材料。以銅枝晶以及納米晶體為催化劑通過化學(xué)氣相沉積法在350℃合成了以銅電極為基底的具有新穎結(jié)構(gòu)的納米碳纖維。研究了“sandwich”結(jié)構(gòu)碳纖維的生長機(jī)制,這些碳纖維從二維的銅枝晶催化劑平面的兩側(cè)對稱生長出來。在更低電位下電化學(xué)沉積的銅納米粒子能夠催化生長多叉狀的碳纖維。隨催化反應(yīng)時間的延長,出現(xiàn)了

3、生長速度較快的直徑100am左右的納米碳纖維,構(gòu)成了具有一級、二級有序結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)。所得碳纖維中既含有不飽和的-CH2=CH2-基團(tuán),又含有飽和的-CH3,-CH基團(tuán),并且在加熱至593.7℃之前由于所含的小分子碳?xì)浠衔锏臒峤舛霈F(xiàn)失重。
　　二、通過微波法成功制備了結(jié)晶性良好的單斜氧化銅。微波照射在氧化銅納米粒子形成中起到了非常重要的作用,提供了均勻的納米顆粒的形成所需要的均衡生長環(huán)境。因此,微波法所制備的氧化銅納米粒子體積

4、小、粒度分布窄。乙醇和蒸餾水分別作為溶劑,微波反應(yīng)中不同的反應(yīng)機(jī)理對晶體生長所起的作用并不相同。氧化銅納米結(jié)構(gòu)的自組裝不僅受到定向吸附機(jī)制的影響,另外還受靜電作用驅(qū)動,靜電作用的驅(qū)動力也將會影響各向異性生長,導(dǎo)致了不同陰離子作用下的形貌差異。
　　催化劑的尺寸和形貌將會影響碳纖維的生長。其中以醋酸銅合成的納米粒子的粒徑最小、也最為均勻,對應(yīng)催化沉積生長的碳纖維直徑也最小且最為均勻。所合成的納米晶體在催化聚合乙炔反應(yīng)過程中表現(xiàn)出高的