碳納米管-SnO2納米復合材料的制備、表征與應用研究.pdf

1、自從碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)被發(fā)現以來,碳納米管作為一種新型碳材料,因其獨特的物理化學性質而倍受關注。碳納米管的應用范圍涉及到納米制造、納米器件、生物醫(yī)藥、化學、物理、復合材料、儲能材料和電子源等眾多領域。目前已經發(fā)展了數十種CNTs的制備方法,其中熱化學氣相沉積法(CVD)以其效率高和成本低的優(yōu)勢而被廣泛使用。催化劑的制備是熱CVD法合成CNTs的關鍵因素之一,目前使用較多的仍然是Fe、Co、Ni以及它們

2、的合金等催化劑,研究其它新型的催化劑以便制備不同于常規(guī)CNTs的新型碳材料是目前的研究熱點之一。另外對基于CNTs的納米復合材料的研究表明,CNTs可以與聚合物、金屬和金屬氧化物等形成具有獨特理化性質的納米復合材料,在材料領域中有著重要的應用前景。為此本文圍繞新型碳材料的制備和CNTs的修飾展開,采用溶液共混法制備了Mo/MgO催化劑,并采用熱CVD法制備出一種密堆積多壁碳納米管束;采用溶液法制備了金屬摻雜和未摻雜的碳納米管/SnO2(

3、CNT/SnO2)納米復合材料,以此為前驅體,制備了一維SnO2納米管、SnO2納米線和納米帶,并詳細的研究了其氣敏性能。主要工作歸納如下:
　　1.首次采用溶液共混法制備了一種新型的Mo/MgO催化劑,并采用熱CVD法,以甲烷為碳源,Ar氣和H2氣為載氣,制備出一種結構新穎的密堆積多壁碳納米管束,并對其結構進行了詳細表征。另外通過控制CVD沉積時間,研究了這種密堆積多壁碳納米管束的生長過程,結合沉積初期的產物成份分析結果,提出了

4、其生長機理并進行了驗證。
　　2.采用溶液法制備了CNT/SnO2納米復合材料,并對其氣敏性能進行了研究。通過考察復合材料制備時間和煅燒溫度對其氣敏性能的影響,研究了CNT/SnO2復合材料的結構與其氣敏性能之間的關系,結果顯示碳納米管和SnO2納米顆粒之間的作用力對復合材料的氣敏性有重要影響,反應2小時制備的復合材料中CNTs與SnO2納米顆粒之間的結合力最強,并具有最佳的氣敏性能。
　　3.以CNTs為模板,在CNT/S

5、nO2納米復合材料的基礎上,通過熱處理除去CNTs制備了多孔SnO2納米管,結構表征結果顯示這種SnO2納米管是由5至7納米的SnO2顆粒組成,而且SnO2顆粒之間存在大量的中孔,平均孔經約為5納米。氣敏性能測試結果顯示,SnO2納米管對還原性氣體具有非常高的響應靈敏度,在200℃的工作溫度下,對100 ppm的乙醇和丙酮的響應靈敏度高達130和126;另外通過控制CNT/SnO2納米復合材料的制備時間,得到了結構可控的多孔SnO2納米