碳纳米材料的制备及应用

碳纳米材料具有独特的低维纳米结构、优异的性能和潜在的应用价值.重点综述上海大学低维炭材料与器件物理研究所在碳纳米材料研究方面的最新进展,并对碳纳米材料的发展趋势及对未来生产生活的影响进行评述.研究所在高纯度高结晶性单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWCNTs)、双壁碳纳米管(double-walled CNTs,DWCNTs)的大量生产与应用,具有量子效应的多壁碳纳米管(multi-walled CNTs,MWCNTs)的合成,碳纳米线的可控生长,单根MWCNT、单根碳纳米线的拉曼(Raman)光谱研究以及石墨烯的大量制备等方面均取得了可喜的成果.     

新型明胶基碳纳米管骨架活性炭的制备

催化裂解法制备的碳纳米管(CNTs)经混酸纯化后,均匀分散到明胶的溶液中,用乙醇析出得到明胶/碳纳米管海绵前驱体,再通过炭化、氢氧化钾活化处理制备出明胶基碳纳米管骨架活性炭.采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的表面形貌进行表征,结果显示:碳纳米管能够很好地被明胶包覆,并均匀分散在整个基体中.比表面和孔结构测试结果表明:随着碳纳米管含量的增大,活性炭样品比表面积和总孔容先增大后减小.此外,还对明胶基碳纳米管骨架活性炭孔结构的形成机理进行了分析讨论.     

搅拌铸造法制备和表征GNPs和CNTs增强Al 7075基复合材料

This study investigated the effects of adding graphene nanoplates (GNPs) and carbon nanotubes (CNTs) into the Al7075 matrix via the stir casting method on the microstructure and mechanical properties of the fabricated composites. By increasing the volume fraction of reinforcements, the fraction of porosity increased. The X-ray diffraction results showed that the addition of reinforcements into the Al7075 changed the dominant crystal orientation from (002) to (111). Field emission scanning electron microscopy images also showed the distribution of clustered reinforcements in the matrix. Between the two reinforcements, the addition of CNTs generated a lower fraction of porosities. Through the addition of 0.52vol% GNPs into the matrix, the hardness, ultimate tensile strength and uniform elongation increased by 44%, 32%, and 180%, respectively. Meanwhile, the presence of 0.71vol% CNTs in the matrix increased the hardness, tensile strength and uniform elongation by 108%, 129%, and 260%, respectively.     

碳纳米管负载Mo-Co-S加氢脱氮催化剂研究

用多壁碳纳米管(简写为CNTs)作载体制备负载型Mo Co S催化剂,x%MoiCoj/CNTs(x%为质量百分数),以乙腈和吡咯的加氢脱氮(HDN)作为探针反应,考察它们在该类催化剂上加氢脱氮的反应化学行为,并与γ Al2O3 和活性炭(AC)分别负载参比样作比较研究.实验发现,在583 K,0.1 MPa,CH3CN/H2 =2.3/97.7(mol/mol),GHSV=2 200 mL(STP)·h-1·(g catal.)-1的反应条件下,在7.2%Mo3Co1/CNTs催化剂上,所观测乙腈 HDN的比反应速率达到 0.51μmol CH3CN·s-1·(mmol Mo)-1,是γ Al2O3 和AC分别负载相同Mo3Co1 载量催化剂的1.46和1.76倍,相应各自最佳Mo3Co1 载量催化剂的1.89和2.55倍.相似的反应化学行为在吡咯 HDN反应中也观测到.对比研究表明,用 CNTs代替γ Al2O3 或AC作为催化剂载体并不导致所负载Mo3Co1 催化剂上乙腈或吡咯HDN反应的表观活化能发生明显变化.H2 TPR研究揭示,与γ Al2O3 或AC负载的体系相比,CNTs负载催化剂具有较高的可还原性:不仅表现在其还原所需温度较低,还表现在较高的还原“比耗氢量”,后者暗示有较多的高价 Mon+ 物种可被还原至具催化活性的较低价态(Mo4+);在另一方面,CNTs载体对H2 优异的吸附活化性能可期在工作态催化剂表面营造较高氢稳态浓度的表面氛围;这两方面的因素都有助于乙腈或吡咯加氢脱氮反     

铸造方法制备铸钢/碳纳米管复合材料

使用铸造技术制备了碳纳米管铸钢复合材料.将碳纳米管与铝粉球磨混合,冷压成饼状预制块.将钢水浇注在粉碎成颗粒度为2mm的预制块粉末上,制得样品.拉伸试验结果表明碳纳米管添加量为0.1％的复合材料样品拉伸强度较未添加碳管的铸钢试样提高11％.复合材料使用扫描电镜观察样品断口,发现碳纳米管存在,显示碳纳米管被成功加入到钢基体中.     

磷化钴/碳纳米管纳米复合电极材料的电催化制氢性能研究

采用化学气相沉积法,在316L不锈钢基底上原位生长碳纳米管,然后在一定浓度的CoSO_4、NaH_2PO_2、NaOAc混合溶液中,用电化学沉积法在碳纳米管表面负载磷化钴纳米颗粒,得到磷化钴/碳纳米管复合结构。利用SEM、EDS和拉曼光谱,对CoP/CNTs复合材料的形貌、成分及物相组成进行分析;通过阴极极化曲线、交流阻抗等电化学测试,重点考察了复合电极在0.5mol/L H_2SO_4溶液中的电催化析氢性能。结果表明,所制CoP/CNTs复合结构中,CoP呈颗粒状均匀分布在CNTs表面;CoP的引入提高了碳纳米管材料的电催化性能,当沉积圈数为4圈时,所制CoP/CNTs复合电极具有最佳的电催化活性;极化曲线测试表明,该电极在电流密度为10mV·cm~(-2)时的过电位与沉积2圈和6圈的CoP/CNTs复合电极相比,正移了约140 mV和90mV,同时也呈现出良好的循环稳定性。     

SPS工艺对CuCr/CNTs复合材料组织性能的影响

放电等离子烧结（SPS）工艺可以实现快速烧结成型,且制备出的复合材料致密度高、硬度高、导电和导热性能好、晶粒尺寸均匀.在采用化学气相沉积（CVD）法原位合成分布均匀的CuCr/CNTs复合粉末的基础上,运用不同的SPS工艺制备CuCr/CNTs复合材料.利用扫描电子显微镜、偏光显微镜、数字金属导电率测试仪、微拉伸试验机、显微硬度计等对其组织性能进行表征.结果表明,当烧结温度为750 ℃,烧结压力为45 MPa,烧结时间为10 min,升温速率为80 ℃/min时,制备的CuCr/CNTs复合材料的组织和性能较佳,导电率、硬度和抗拉强度分别为86.8%IACS、95.8（HV）、178 MPa.     

用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管

为寻找一种可以批量制备高质量、高产率单壁碳纳米管的方法 ,对浮动催化裂解碳氢化合物法制取单壁碳纳米管进行了研究。实验采用苯为碳源 ,二茂铁为催化剂 ,氢气为载气 ,噻吩为添加剂。采用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜以及拉曼谱等方法对产物进行检测与评估 ,分析了参数对产物的影响。结果表明 ,裂解温度越高 ,越有利于单壁碳纳米管的生长 ;发现通过碳源和直接通入反应室的 H2 流量比为 1:2时 ,较利于单壁碳纳米管的生长。浮动催化裂解法制备出来的单壁碳纳米管直径约为 1nm,直径分布较均匀 ,并且可以半连续、低成本地生产     

Ru/CNTs高效催化转化纤维二糖制备山梨醇

针对纤维素的转化,以纤维二糖催化加氢制备山梨醇为模型反应,研究了负载Ⅷ及IB族金属催化剂的催化性能.研究发现,在测试的金属组分中,负载Ru、Ir催化剂显示了较高的转化纤维二糖生成山梨醇性能.在使用碳纳米管(CNTs)、活性炭(AC)、Al_2O_3、HY、SiO_2、CeO_2、MgO等不同载体制备的催化剂中,Ru/Al_2O_3及Ru/CNTs显示较高山梨醇收率.在185℃中性水溶液中,最佳催化剂Ru/CNTs上的山梨醇收率为87%.初步探讨了Ru/CNTs催化剂上纤维二糖转化为山梨醇的反应途径.纤维二糖首先主要通过加氢反应生成3-β-D-吡喃糖醇,而后,3-β-D-吡喃糖醇水解为山梨醇和葡萄糖,而生成的葡萄糖可以迅速加氢转化为山梨醇.山梨醇还可异构为甘露醇和降解生成其它低碳醇.     

纳米碳管化学复合镀层组织、沉积机理及性能

了进一步提高Ni-P镀层的耐腐蚀磨损性能,采用化学镀的方法,使纳米碳管与Ni-P合金共沉积在45#钢表面,分析了复合镀层的沉积过程、组织结构,研究了纳米碳管复合镀层的腐蚀及磨损性能。研究表明：复合镀层中纳米碳管与Ni-P以化学键结合,Ni-P-CNTs复合镀层具有较优异的耐腐蚀磨性能。