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表面修饰和复合是赋予材料各种特殊性能的重要方法,被广泛应用于众多领域。随着碳纳米管生产工艺的日渐成熟,将碳纳米管进行表面修饰和复合后进行应用方面的开发是研究者面临的重要课题。另外,对独特形貌的无机材料进行表面修饰也可以使其具有更好的性能或者有利于其实际应用。本文在此背景下将蒸汽相法引入到碳纳米管,空心硅球及四角氧化锌材料的表面修饰,并对其性能进行了研究。主要内容如下:
⑴提出了与传统水热方法不同的一种简单的修饰碳纳米管的蒸汽相方法。选用氧化钛、氧化锡和氧化硅纳米颗粒与碳纳米管进行复合和修饰,研究了其作为锂离子电池的电极材料,气敏材料的性能和特点。研究了温度、表面活性剂和不同钛源对氧化钛与碳纳米管复合材料的影响,结果表明较高的温度、表面活性剂处理和钛的醇盐更易于得到包裹规整均匀、结合紧密的氧化钛碳纳米管复合材料。氧化钛和碳管复合后作为嵌锂材料比纯氧化钛具有高的嵌锂容量和循环稳定性。并可将碳纳米管焙烧除去得到多晶氧化钛组成纳米管,BET比表面达139.8 m2/g,具有大量交叉点和空隙,可望用于高灵敏度氢气传感器和光催化材料。
⑵氧化锡和碳管复合时除表面被氧化锡包裹外,还有部分氧化锡颗粒进入到管腔中,反应介质为乙醇时由于具有更低的表面张力进入的颗粒更多。复合粉体的紫外吸收边明显蓝移,可以大大降低气敏材料电阻,在室温下恢复时间减少。分别选用SDS,SDBS,CTAB作为表面活性剂采用蒸汽相法制备纳米氧化硅修饰的碳纳米管。氧化硅颗粒在碳纳米管的修饰形貌与所用的表面活性剂的结构和对碳纳米管的分散机理有很大关系。
⑶提出了一种在超声辅助下,以阴阳离子表面活性剂SDS,TPAB为软模板,TEOS为硅源,合成无定形空心硅球的方法。制备的空心硅球表面光滑,球的直径从150nm到5μm,壁厚约20nm。并采用蒸汽相法用纳米氧化钛对其表面进行修饰,得到了均匀包裹的TiO2/SiOx核壳结构,可望用于便于回收的光催化材料。
⑷对四角状氧化锌采用蒸汽相法包裹上纳米氧化钛,包裹层厚度从10-50nm可调。对其发光性能及对含亚甲基蓝和苯酚污水的光催化反应进行了研究。荧光光谱测试表明复合后绿光发光增强,但通过化学沉淀法得到纳米ZnO样品和化学法包裹TiO2后的发射峰都非常微弱,可能是由于化学法造成的缺陷较多和多重散射。复合后对苯酚降解效率提高,但对亚甲基蓝的催化效率较低,可能是由于包裹层上空洞阻碍了物质传递,氧化钛包裹层在光催化过程中未发现剥落。并通过酸化除去氧化锌内核得到锥形的氧化钛管,其BET表面积为95m2/g,是采用阳极氧化法制备的氧化钛管阵列的5倍。