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以K/Na/Ca盐为催化剂化学气相沉积纳米碳材料

收藏本文 2024-03-02 点赞:7019 浏览:23035 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:分别以碱金属盐KHC03和NaHC03及二者的混合物为催化剂前躯体,以Na_2O_2、CaCO_3和CaO为催化剂、乙炔为碳源气体,利用化学气相法沉积纳米碳。对化学气相沉积中催化剂种类、反应时间等因素了研究,利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对纳米碳的结构、形貌了表征。实验分别以KHCO_3、NaHCO_3及二者混合物为前躯体制备不同结构的纳米碳,所得为以碳为基底原位生长的整体型碳纳米阵列。这一结构使得纳米碳纤维和碳纳米管具备了宏观的形状和尺寸,同时碳纳米阵列的一体成型大大提高了碳纳米管和纳米碳纤维与基底间的强度,从而拓展了纳米碳纤维和碳纳米管在工业催化和场发射等领域的应用。对反应产物表征,发现,以KHCO_3为前躯体沉积的纳米碳,碳基底上的纤维为枝杈状,这些纤维只在碳基底一侧生长且纤维表面较光滑,杂质很少,长度在100nm左右,直径分布均匀,在200nm左右。以NaHCO_3为前躯体沉积的纳米碳,碳基底上的纤维长短不均,短突起长度不足几十纳米,长纤维长度多大于200nm,长短纤维的直径分布均匀且较小,为20nm左右。当反应时间从1h延长至4h后,两种前躯体所制备的产物都表现出长度增加,直径变化不大但表面光滑下降的特点。以不同比例的KHCO_3、NaHCO_3混合物为前躯体制备出的纳米碳,结构和形貌与前躯体中KHCO_3、NaHCO_3比例密切,躯体中KHCO_3、NaHCO_3比值较小时,碳基底上生长的纤维长度较短,彼此紧密的挨在一起,而前躯体中KHCO_3、NaHCO_3比值时,碳基底上生长的为较稀疏的碳管,长度较长。延长反应时间,碳基底上纤维或管的直径变化不大,长度增长,但生长时间的延长,纤维或管的取向越来越不规则且表面光滑下降。实验分别以Na_2O_2、CaCO_3和CaO为催化剂、乙炔为碳源,利用化学气相沉积法制备纳米碳。发现:以Na_2O_2为催化剂,低温下不能制备出纳米碳纤维,当反应温度达到其熔点范围时开始制备出长度为微米级,直径在100nm左右的碳纤维,反应温度提高,纤维表面杂质减少。以CaCO_3为催化剂制备出形貌较好的纳米碳,而以碳酸钙煅烧的氧化钙作为催化剂,600℃下沉积出了颗粒多孔碳。关键词:碱金属化合物论文碱土金属化合物论文碳纳米阵列论文催化剂论文化学气相沉积论文

    摘要5-7

    ABSTRACT7-12

    章 文献综述12-31

    1.1 引言12

    1.2 碳纳米纤维简介12-14

    1.3 碳纳米纤维制备方法14-17

    1.3.1 化学气相沉积法(CVD)14-15

    1.3.2 等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)15-16

    1.3.3 热丝/直流等离子CVD 法16

    1.3.4 电子纺丝法16-17

    1.3.5 模板合成法17

    1.3.6 其它制备方法17

    1.4 纳米碳纤维的生长机制17-19

    1.5 定向碳纳米管阵列的制备方法及生长机理19-23

    1.5.1 物理法沉积催化剂19-21

    1.5.2 化学法沉积催化剂21

    1.5.3 定向碳纳米管阵列的制备方法21-22

    1.5.4 化学气相沉积法制备定向碳纳米管阵列的生长机理22-23

    1.6 纳米碳纤维的形貌及微观结构23-26

    1.7 CVD 法沉积纳米碳纤维的影响因素26-29

    1.7.1 碳源26

    1.7.2 催化剂26-27

    1.7.3 催化助剂27

    1.7.4 反应温度27-28

    1.7.5 载气种类28

    1.7.6 气体流量28-29

    1.7.7 其它影响因素29

    1.8 纳米碳纤维的应用前景29-30

    1.9 选题的依据与目的30-31

    章 以 KHCO_3、NaHCO_3为催化剂前躯体气相沉积纳米碳31-40

    2.1 实验药品及仪器31-32

    2.2 试验方法32-33

    2.3 实验结果及讨论33-39

    2.3.1 催化剂成分分析33-34

    2.3.2 催化剂成分对沉积纳米碳的影响34-36

    2.3.3 沉积时间对沉积纳米碳的影响36-38

    2.3.4 产率的研究38-39

    2.4 小结39-40

    章 以 K、Na 复盐为催化剂气相沉积纳米碳40-51

    3.1 实验药品及仪器40-41

    3.2 试验方法41-42

    3.3 结果与讨论42-50

    3.3.1 催化剂成分分析42-44

    3.3.2 前躯体中KHCO_3、NaHCO_3 比例的影响44-47

    3.3.3 生长时间的影响47-49

    3.3.4 产物的结晶分析49-50

    3.4 小结50-51

    章 以 Na_20_2为催化剂气相沉积纳米碳51-57

    4.1 实验药品及仪器51-52

    4.2 试验方法52

    4.3 结果与讨论52-56

    4.3.1 不同反应温度对产物形貌的影响52-55

    4.3.2 产率的研究55-56

    4.4 小结56-57

    第五章 以 Ca 盐为催化剂气相沉积纳米碳57-62

    5.1 实验药品及仪器57-58

    5.2 试验方法58

    5.2.1 CaO 催化剂的制备58

    5.2.2 纳米碳的制备58

    5.3 结果与讨论58-61

    5.3.1 以CaCO_3 为催化剂气相沉积纳米碳58-59

    5.3.2 以CaO 为催化剂气相沉积纳米碳59-61

    5.4 小结61-62

    论文工作总结62-64

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