碳材料的催化合成和自組裝研究.pdf

1、C60、洋蔥狀富勒烯(OLFs)及碳微球(CMSs)等零維碳材料以其獨特的籠狀結(jié)構(gòu)和電學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)等特殊的性能而受到人們的廣泛關(guān)注，其中，C60可看作最簡單的OLFs，CMSs可以看作是石墨化程度較低的長大的OLFs。光子晶體是一種將不同介電常數(shù)的介質(zhì)在空間中按一定周期排列而形成的人造晶體。光子晶體的基本特征是具有光子帶隙，頻率落在帶隙中的光將不能傳播，這使其比普通光學(xué)材料具有更廣泛的應(yīng)用。將碳材料用于制備光子晶體有著巨大的應(yīng)用前景，

2、關(guān)于這方面的研究也正成為人們的研究熱點。
　　 本文主要采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法，以C2H2 為碳源，制備了OLFs和CMSs，考察了催化劑對產(chǎn)物的影響，然后對產(chǎn)物進行了后處理并測試了產(chǎn)物的鐵磁性能；本文以CMSs 作為結(jié)構(gòu)基團進行自組裝，考察了溶劑、組裝方法、基片、懸浮液pH 值、懸浮液濃度和反應(yīng)溫度對自組裝效果的影響。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、高分辨透射電子顯微鏡、熱重分析、拉曼光譜、X-射線衍射和原子力顯微鏡等對產(chǎn)物進

3、行了表征分析，并利用振動樣品磁強計(VSM)測試了產(chǎn)物的鐵磁性能。結(jié)果表明：
　　 1、以NaCl分別擔(dān)載Fe、Co、Ni 作催化劑，采用CVD法在420 ℃進行反應(yīng)，結(jié)果表明Fe/NaCl和Co/NaCl 作催化劑時產(chǎn)物為內(nèi)包金屬的OLFs，而Ni/NaCl 作催化劑時產(chǎn)物大部分為碳納米管(CNTs)；用Co/NaCl 作催化劑，進一步探討催化劑含量對產(chǎn)物的影響：當(dāng)Co 含量為2wt.[％]時，在此溫度下用CVD法合成了大量直

4、徑分布在10-60 nm之間的內(nèi)包Co的OLFs；沒有催化劑時在420 ℃的低溫下沒有產(chǎn)物生成，將溫度升高至950 ℃進行反應(yīng)制備了CMSs；將OLFs用濃鹽酸浸泡后，Co核仍被碳殼層包覆，說明碳包覆層保護Co 顆粒免受濃酸腐蝕；進一步將樣品在900 ℃熱處理后，碳包覆層的石墨化程度略有提高；鐵磁性能測試表明：產(chǎn)物具有獨特的鐵磁性能。
　　 2、用濃HNO3和H2O2(體積比為1:1)對CMSs 進行了表面修飾，使其團聚現(xiàn)象有所

5、改善；用NaOH 溶液作溶劑配制懸浮液，以載玻片為基片，采用垂直沉積法可實現(xiàn)CMSs的自組裝，得到CMSs薄膜。在一定溫度下，pH ≈13時得到了排列較為致密的薄膜；在此溫度和pH 值時，隨著懸浮液濃度的增大，薄膜厚度增大，當(dāng)濃度為2wt.[％]時，可得到排列較為致密的薄膜；進一步對反應(yīng)溫度進行探討，發(fā)現(xiàn)較為適宜的沉積溫度為50 ℃。所得樣品在自然光的照射下，呈現(xiàn)出一定強度的反射光且顏色較為均勻，說明所得自組裝膜有較好的均勻性，為下一步