双氢氧化物作催化剂前驱体化学气相沉积法制备碳纳米管

摘要

碳纳米管(CNTs)自1991年被发玑以来,这种新型-维纳米材料由于具有许多优异的性质和潜在的广阔的应用前景,己成为物理、化学和材料领域的研究前沿。目前化学气相沉积法(CVD)以其设备简单、成本低、反应过程易控制等优点成为目前制备碳纳米管的主要方法,但同时也存在一些缺点,如产物的纯度不高,产量较低等。因而制备高活性催化剂成为CVD法制备碳纳米管研究的热点。本文利用双金属氢氧化物(LDHs)作为催化剂前驱体用CVD法制备碳纳米管,具体内容如下:
　　 1、Co/Al LDHs作催化剂前驱体来制备含氮的碳纳米管
　　 采用均匀沉淀法制备片层结构的Co/Al LDHs,以500℃煅烧后产物作为催化剂,以甲烷为碳源,乙腈为氮源,在不同气流量下用CVD法大量制备了含氮碳纳米管,通过对其形貌和结构的表征发现,当甲烷和乙腈的流量(mL min-1)为30:30时,制备的含氮碳纳米管的形貌和纯度都较好,而且产量最大。
　　 2、Co/Al/La LDHs作催化剂前驱体来制备碳纳米管
　　 采用共沉淀法制备掺杂稀土元素La的Co/Al LDHs,600℃煅烧处理后作为催化剂,以乙炔为碳源,利用CVD法制备碳纳米管。通过改变LDHs中La的掺入量,研究其含量对碳纳米管制备的影响。结果发现当La的掺杂量为5％时,制备的碳纳米管形貌好,且产量也最大。
　　 3、不同实验参数对CVD制备碳纳米管的影响
　　 从煅烧温度、生长温度、生长时间和气流量等方面分别研究了这些因素对碳纳米管制备过程的影响,并通过对比实验来确定最佳的实验参数。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 碳纳米管的发现

1.3 碳纳米管的结构、性质与应用

1.3.1 碳纳米管的结构与分类

1.3.2 碳纳米管的性质

1.3.3 碳纳米管的应用

1.4 碳纳米管的制备方法

1.4.1 电弧放电法

1.4.2 激光蒸发法

1.4.3 化学气相沉积法

1.5 碳纳米管的生长机制

1.5.1 电弧放电法的生长机制

1.5.2 激光蒸发法的生长机制

1.5.3 化学气相沉积法的生长机制

1.6 双金属氢氧化物在碳纳米管制备中的应用

1.6.1 双金属氢氧化物的研究背景

1.6.2 双金属氢氧化物的结构

1.6.3 双金属氢氧化物的性质

1.6.4 在碳纳米管制备中的应用

1.7 本课题的主要研究内容

第二章 Co/Al LDHs作催化剂前驱体制备含氮碳纳米管

2.1 引言

2.2 实验内容

2.2.1 实验试剂与仪器

2.2.2 均匀沉淀法制备钴铝双氢氧化物

2.2.3 利用化学气相沉积法制备含氮的碳纳米管

2.2.4 材料的形貌测试与结构表征

2.3 实验结果与分析

2.3.1 催化剂前驱体及煅烧产物的xRD分析

2.3.2 催化剂前驱体及煅烧产物的SEM分析

2.3.3 催化剂前驱体及煅烧产物的BET分析

2.3.4 碳纳米管的SEM分析

2.3.5 碳纳米管的TEM分析

2.3.6 碳纳米管的XRD分析

2.3.7 碳纳米管的XPS分析

2.3.8 碳纳米管的Raman分析

2.3.9 碳纳米管的BET分析

2.3.10大量制备含氮碳纳米管的机理研究

2.4 本章小结

第三章 La掺杂的Co/Al LDHs作催化剂前驱体制备碳纳米管

3.1 引言

3.2 实验内容

3.2.1 实验试剂与仪器

3.2.2 共沉淀法制备掺杂La的钴铝双氢氧化物

3.2.3 利用化学气相沉积法制备碳纳米管

3.2.4 材料的形貌测试与结构表征

3.3 实验结果与分析

3.3.1 催化剂前驱体及煅烧产物的xRD分析

3.3.2 催化剂前驱体经过煅烧后产物的SEM和EDX分析

3.3.3 碳纳米管的SEM分析

3.3.4 碳纳米管的TEM分析

3.3.5 碳纳米管的:BET分析

3.3.6 碳纳米管的Raman分析

3.3.7 催化剂中La的掺入对碳纳米管产量的影响

3.4 本章小结

第四章 Co/AI LDHs作催化剂前驱体分解乙炔制备碳纳米管

4.1 引言

4.2 实验内容

4.2.1 实验试剂与仪器

4.2.2 均匀沉淀法制备钻铝双氢氧化物

4.2.1 利用化学气相沉积法制备碳纳米管

4.2.4 材料的形貌测试与结构表征

4.3 实验结果与分析

4.3.1 气流量的影响

4.3.2 生长温度的影响

4.3.3 生长时间的影响

4.3.4 催化剂煅烧温度的影响

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文