基于碳纳米管的无机纳米结构的制备、表征及其性质的研究

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碳纳米管(CNT)具有优异的物理特性。如比重小、电导率高、机械强度大和热稳定性好等。将碳纳米管与无机纳米结构单元复合而成的纳米结构结合了碳纳米管的这些优异性能及无机纳米材料的多功能性,在能源和催化等许多领域具有广泛的应用前景。本论文的主要内容是通过溶液化学的方法制备了ZnO纳米晶/纳米棒、CeO2纳米粒子、Pt纳米晶-CeO2纳米粒子、MnO2纳米带-Au纳米粒子与CNTs形成的二元或三元复合物,通过TEM、HRTEM、SEM、XRD、IR等测试手段进行表征并考察了电化学方面的性质,得出的主要结论如下: 1.通过ZnO与碳纳米管表面官能团的静电作用在氧化后的碳纳米管表面均匀组装一层ZnO纳米晶,以纳米管表面的ZnO纳米晶作为晶种,通过晶种生长的方法制备了ZnO纳米棒/CNT复合物,考察了pH,生长时间和反应物浓度对ZnO纳米棒生长的影响; 2.在强碱溶液中对Ce(OH)4/CNT复合物前驱体进行水热处理得到CeO2纳米晶/CNT的复合物。与Cc(OH)4作为前驱体得到的CeO2纳米晶相比,在复合物中CeD2纳米晶的粒径明显增大,在水热处理过程中NaNO3的存在可以显著降低复合物中CeO2纳米晶的尺寸,并能够在碳纳米管外壁形成致密的包覆层。电化学充放电测试表明所形成的复合物的比电容介于CeO2和碳纳米管之间,尽管CeO2/CNT复合物的电容不如碳纳米管的高,却具有较高的库仑效率; 3.在H2PtCl6被还原的同时将产物Pt纳米晶负载在CeO2纳米晶/CNT复合物中暴露的碳纳米管的侧壁上,得到了Pt纳米晶/CeO2纳米粒子/CNT三元复合物,其在直接甲醇氧化电催化反应中表现出较高的活性和稳定性; 4.通过KMnO4与Au纳米粒子表面的保护剂之间的反应,在Au纳米粒子/CNT的自组装体的基础上制备了MnO2纳米带/Au纳米粒子/CNT三元复合物,发现MnO2纳米带优先在Au纳米粒子表面生成,其长度和密度受到反应时间和KMnO4浓度的控制,电化学测试表明含有MnO2纳米带的三元复合物表现出较高的电容。
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