微米、納米級碳材料的溶劑熱合成與表征.pdf

1、目前，如何控制納米材料的合成，實(shí)現(xiàn)對其生長方向、尺寸、維度、組成、結(jié)構(gòu)以至性能的調(diào)控，對于深入研究納米材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與其特殊性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，并最終使其能夠按照人們的意愿進(jìn)行組裝，是材料科學(xué)面臨的重大課題之一。自從上世紀(jì)八、九十年代富勒烯和納米碳管的相繼發(fā)現(xiàn)，微尺度碳材料以其獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能而受到世界范圍內(nèi)科學(xué)家的廣泛關(guān)注。本論文在納米碳管的低溫液相合成，新型碳空殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成與形成機(jī)制研究，碳納米片層結(jié)構(gòu)的合成與組裝等方面取得

2、了一定的成果，并對所獲新型微尺度碳結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)進(jìn)行了初步研究。此外，還對混合溶劑熱條件下碲的重結(jié)晶過程進(jìn)行研究，制備了新型的十字交叉的六足狀微結(jié)構(gòu)，并對其形成機(jī)制進(jìn)行了初步探討。 1.發(fā)展了納米碳管的低溫溶劑熱制備技術(shù)。在對Friedel-Crafts反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了多壁納米碳管的低溫溶劑熱合成；通過研究石墨片層與納米碳管在結(jié)構(gòu)上的相似性，利用微小石墨片層的卷曲，室溫下在液態(tài)二硫化碳介質(zhì)中使用超聲波處理石墨

3、顆粒成功獲得了竹節(jié)狀納米碳管。對這些管狀納米結(jié)構(gòu)形成機(jī)制進(jìn)行研究，提出了納米碳管形成中的層狀卷曲機(jī)制。這些方法為研究層狀化合物一維納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制提供了新的思路。 2.根據(jù)溶質(zhì)從過飽和溶液中析出的原理，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)降溫過程，利用高溫下不飽和金屬鎳-碳液態(tài)合金成功獲得了具有不同形貌的碳空殼結(jié)構(gòu)，并對其之間的轉(zhuǎn)化與聯(lián)系進(jìn)行了分析與討論。 3.發(fā)展了多層碳空殼結(jié)構(gòu)的制備方法。通過金屬汞與二硫化碳高溫反應(yīng)獲得了雙層碳空殼結(jié)構(gòu)，

4、研究并提出了低熔點(diǎn)非活潑金屬與二硫化碳之間高溫溶劑熱反應(yīng)中的逐層包覆-硫化機(jī)制，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步獲得了三層碳空殼結(jié)構(gòu)。相對于單層空殼結(jié)構(gòu)，多層空殼結(jié)構(gòu)擁有更加優(yōu)越的熱穩(wěn)定性，在復(fù)合催化劑載體、物質(zhì)的分隔儲存和輸運(yùn)等方面具有潛在的應(yīng)用價值。 4.利用碳納米片層結(jié)構(gòu)生長過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷對其生長方向的影響，采用簡單的溶劑熱法合成了碳納米片層結(jié)構(gòu)及其花簇狀組裝體，研究表明所獲得的產(chǎn)物具有較大的比表面積，在催化劑載體與氣體吸附等領(lǐng)域顯示