碳纳米纤维在纳米催化剂上的不同生长形态及其生长机理研究

摘要

该论文的主要内容是通过实验和研究,探讨纳米碳纤维的生长机理.在该论文中,我们在低温条件(300℃~500℃)下,利用纳米金属颗粒催化合成了几种新型的碳纤维.通过TEM、SEM、XRD、IR和TG-DSC等测试设备研究了碳纤维的形貌和结构,与此同时,还发现了催化剂的结构变化,并且讨论了碳纤维的生长机理.催化剂在催化聚合反应中是不可或缺的.该论文中涉及到两类催化剂:铜系催化剂和镍系催化剂.铜系催化剂根据不同的制备方法又可分为纳米铜催化剂和酒石酸铜前驱体;镍系催化剂为纳米镍催化剂.另外,实验中的碳源气体为乙炔气体.碳纤维的形态与催化剂的种类和制备方法有着密不可分的关系.采用酒石酸铜前驱体制备的纳米螺旋碳纤维对称生长,纤维之间的夹角一般为70°、110°和180°三种,特定的夹角可能是由铜颗粒的晶面夹角决定的.另外我们还观察到了旋向发生转变的纳米螺旋碳纤维,这是由于催化剂颗粒生长晶面发生变化导致的;粒径较大的纳米铜催化聚合的碳纤维呈直线形态生长,可同时在一个催化剂颗粒上面生长出不同数目的碳纤维,由此可知纳米铜颗粒上具有催化纤维生长能力的晶面数目是不定的.通过比较这两种催化剂催化聚合的碳纤维的TEM、SEM照片,我们发现聚合反应完成后,纤维中的催化剂粒子都具有规则的外形.我们利用纳米镍催化剂制备了一种并列形态生长的纳米碳纤维,这是与前两种纤维都不相同的一种新型生长形态.通过观察发现,并列生长的两根碳纤维的初始生长方向与催化剂粒子形状有密切相关,这与催化剂颗粒生长晶面的不同生长点得到的碳源供应是分不开的.最后,我们得出结论:在碳纳米纤维的生长过程中,碳在催化剂粒子中的扩散速度是控制步骤,决定催化剂粒子晶面上不同生长点的纤维生长速度;催化剂的种类是导致其催化性能,以致生成不同形态碳纤维的重要因素.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1前言

2国内外研究现状

2.1有关碳纳米纤维的研究

2.2有关纳米碳管的研究

2.3有关纳米催化剂的研究

第二章实验部分

1前言

2催化剂及碳纤维的制备

2.1催化剂的制备

2.2碳纤维的制备

2.3分析测试设备

第三章结果和讨论

1前言

2催化剂形貌分析

2.1纳米铜、纳米镍形貌分析

2.2酒石酸铜催化剂的形貌分析

2.3碳纤维形貌分析

第三章结论

参考文献

致谢

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