泡沫镍及负载型镍催化剂制备纳米碳纤维层的研究

纳米碳纤维可用在催化材料、储氢材料、及纳米电子器件等方面。本文对用泡沫镍及负载型镍催化剂催化分解乙烯或丙烯制备纳米碳纤维进行了研究。利用X射线衍射仪、物理吸附仪、扫描电镜进行了分析表征,并考察了催化剂、碳源、生长温度对纳米碳纤维生长量、形貌、结构的影响。结果表明:在生长温度450℃,乙烯流率30mL/m in的条件下,负载型镍催化剂纳米碳纤维的生长量要高出泡沫镍3~6倍,负载型镍催化剂制备的纳米碳纤维直径为40~60纳米,小于泡沫镍的情况。泡沫镍催化分解乙烯制备纳米碳纤维时,纳米碳纤维的生长量和平均直径随温度的降低而逐渐减小。纳米碳纤维在泡沫镍上的最低生长温度为420℃,在低于480℃生长纳米碳纤维时泡沫镍的骨架结构不会被破坏,由此制备的纳米碳纤维在新型结构催化材料中有很好的的应用前景。     

竹节状纳米碳纤维的制备及嵌锂性能研究

以泡沫镍为催化剂,在600和700℃下,以CVD法热解乙炔气体制备大量的纳米碳纤维.随着制备温度增加,纳米碳纤维直径变小,竹节状含量减少, d002值减小,微晶片层平面Lc和La值增大,碳材料的可逆容量则下降.分别用透射电镜、 X射线衍射和拉曼光谱观察和测定了纳米碳纤维的形貌、微结构,发现在不同条件下生长的纳米碳纤维有不同的形貌和结构.对纳米碳纤维的电化学嵌锂性能的研究表明,纳米碳纤维的结构对其电化学嵌锂容量和充放电循环寿命起重要影响,制备温度越低,纳米碳纤维的石墨化程度越差,可逆嵌锂容量相应要高一些.     

聚合物前驱体热解制备SiC纳米线研究

采用催化剂辅助聚合物前驱体热解工艺制备出宏量碳化硅纳米线(Si CNW),研究了基底材料、热处理温度及催化剂加载量等参数对所制备Si CNW微观结构形貌的影响规律.借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)等分析测试手段对Si CNW的晶体结构和微观形貌进行表征,并分析了其生长机制.研究结果表明:制备的Si CNW为面心立方单晶结构的β-Si C,平均直径约为400 nm.随着热处理温度的提高,Si CNW的形貌由弯曲状生长转变为直线状生长,纳米线的直径也随之增加,在高温出现链珠状形貌纳米线;随着催化剂加载量的增加,纳米线的直径逐渐提高,产量却有所减小.纳米线的生长过程主要遵循VLS机制.当热解温度为1 600℃,基底材料为碳纤维布,催化剂加载量为5%(质量分数)时制备的Si C纳米线的直径、数量和分布状况较为理想.     

催化剂活性组成对纳米碳纤维产率和微结构的影响

 采用沉积-沉淀法制备了活性组成可控的镍铁系列催化剂,以CO/H2为碳源,在600 ℃下进行了纳米碳纤维的催化生长,考察了催化剂活性组成变化对纳米碳纤维产率和微结构的影响. 结果表明,镍铁系列催化剂具有较好的催化活性,在反应36 h内没有失活,催化剂中Fe的存在有利于提高纳米碳纤维的产率. 表征结果表明,纳米碳纤维的直径分布较为均匀,在20~50 nm之间,比表面积为130~200 m2/g; 纳米碳纤维中石墨层与轴之间夹角随催化剂中Fe含量的增大而增大; TPO结果表明,Fe的存在提高了纳米碳纤维的石墨化程度. 结合纳米碳纤维的生长机理,认为活性组成的变化影响了CO与催化剂表面的反应和碳在金属中的扩散,进而影响纳米碳纤维的产率和微结构.     

液相法制备取向ZnO纳米线阵列的场发射特性(英文)

采用水热合成工艺,在不同条件下制备了不同的一维取向ZnO纳米线阵列样品.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对样品的晶体结构和形貌等进行了表征,对样品的场发射特性进行了分析和比较,并用Fowler-Nordheim方程对影响ZnO纳米线场发射的因素进行了研究.结果表明,具有较低生长密度分布、较高的长径比和较尖锐生长端的ZnO纳米线阵列样品具有较好的场发射特性.     

不同形貌的SrMoO_4材料的微乳液及其辅助的溶剂热法制备

通过微乳液法及其辅助的溶剂热法制备出了不同形貌的SrMoO4粉体材料,探讨了工艺参数对SrMoO4材料形貌的影响。微乳液体系中表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)浓度、反应物浓度及溶剂热过程中反应时间、CTAB浓度都会对SrMoO4材料的形貌造成影响。通过调整上述工艺参数可以调控SrMoO4材料的形貌,得到了近球状、哑铃状、纺锤体状、花簇状等特殊形貌的SrMoO4微晶材料。SrMoO4样品的室温光致发光谱是由发光中心在约420nm处的单一紫光组成,样品的形貌不同发光强度和发光峰位置略有不同。     

不同形貌InxGa1-xN纳米材料的制备及发光性能研究

采用常压化学气相沉积法(APCVD),分别以金属镓(Ga),铟(In)和氨气(NH3)为镓源,铟源和氮源,在Si衬底上利用催化剂Au成功合成了不同形貌的InxGa1-xN纳米材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)和光致发光谱(PL)对比研究了InxGa1-xN(x=0,0.25)纳米材料在形貌,化学成分,晶体结构以及发光特性的变化。分析结果表明:当没有催化剂时,所生成的InxGa1-xN样品形貌由片状结构自组装成花状结构,而在催化剂Au的作用下,生成的InxGa1-xN纳米晶的形貌变为以纳米线为轴在其上生长的片状的"塔"状结构;虽然在催化剂Au的作用下生成的InxGa1-xN(x=0.25)形貌发生了很大变化,但晶体结构未发生改变,均为六方纤锌矿结构;PL分析结果显示InxGa1-xN纳米结构的发光性能随着In含量的增加,发光谱的强度增加且同时出现了蓝光区,在催化剂Au的作用下生成的InxGa1-xN的发光强度最强。最后对不同形貌InxGa1-xN其生长机理做简单分析。     

工艺参数对TSMTG法制备单畴YBCO样品的影响

用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)制备了30min直径的YBCO超导块，研究了不同的工艺条件对样品宏观形貌、织构取向和磁浮力的影响，比较了3种样品在零场冷条件下的排斥力和场冷条件下的吸引力。结果发现：由籽晶控制取向生长的单畴YBCO样品宏观形貌是以顶部籽晶为中心的4个结晶扇区，有单一的c轴取向，零场冷条件下的排斥力和场冷条件下的吸引力最大；籽晶成核但没有控制取向生长的YB-CO样品宏观形貌是以顶部籽晶为中心的多个(大于4个)扇区，相邻扇区间夹角不等，c轴取向不一致，磁浮力性能居中；非籽晶成核生长的多畴YBCO样品，上表面是以籽晶为中心的一个边长约1cm的四方结晶区，其余部分是自发成核的多晶，样品c轴取向杂乱，磁浮力很低。     

螺旋纳米碳纤维的制备与表征

利用氢电弧等离子体法制备了纳米铜-镍合金作为催化剂,通过乙炔的催化热解制备了对称生长的螺旋纳米碳纤维.并用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和红外(IR)对其进行表征,发现在单个纳米铜-镍合金粒子上对称生长出两根螺旋纳米碳纤维,它们的旋向相反,但是具有相同的螺旋直径、螺旋长度和碳纤维直径,而且纳米铜-镍合金粒子也有各种不同的形状.此外,这两根对称生长的螺旋纳米碳纤维之间的夹角也不同,分别为60°,90°,110°和160°.IR结果表明,螺旋纳米碳纤维分子结构中既含有不饱和的CC双键,又含有饱和的-CH₂-和-CH₃-基团.然而,利用氢电弧等离子体法制备的纳米铜和纳米镍作为催化剂,催化热解乙炔,得到的产物均是直线型碳纤维.     

二氯甲烷在担载型三氧化铬催化剂上的催化降解

本文研究了二氯甲烷在不同的担载型ＣｒＯ_３催化剂上的催化降解．实验揭示：碳纤维的单丝直径粗细，吸附能力，ＺＳＭ－５沸石中晶格外铝的含量以及Ａｌ_２Ｏ_３的形貌与物相等均明显影响催化剂的催化活性与选择性．文中对不同的载体作了比较，还对活性组分ＣｒＯ_３的铬的价态，用氢气还原与空气灼烧两种预处理对催化行为的影响进行了讨论．     

固体单相催化剂CVD法制备成束或分散MWCNT

CVD法制备纳米碳管的催化剂多是以Al2O3、SiO2或MgO作载体,Fe、 Ni或Co等过渡族金属为活性组分[1-3].     

Effect of processing temperature on growing bamboo-like carbon nanotubes by chemical vapor deposition

The present article demonstrates a simple, eco-friendly route for the fabrication of carbon nanotubes (CNTs) with different morphologies, including the fascinating bamboo-like structures without complex catalyst/support preparation procedures. A thermal chemical vapor deposition (CVD) technique that utilized natural pozzolan supports and a solid carbon source, that is, a mixture of camphor and ferrocene in a weight ratio of 20:1, was carried out at different temperatures where the ferrocene played also the role of catalyst. The pozzolan chemical composition and mineral identification were determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The morphology of the fabricated CNTs was studied via scanning and transmission electron microscopies (SEM and TEM). It was revealed that both conventional tubular and bamboo-like nanotubes grow at 750 °C while the bamboo-like morphology prevails at 850 °C. The better nanostructure uniformity at higher deposition temperature was accompanied by an improved nanotube graphitization degree that was verified by Raman spectroscopy. Yet, the reduction of the CNTs production yield was recorded by thermogravimetric analysis (TGA). The experimental data are interpreted and discussed as an interplay between the CNTs processing temperature, morphology and growth mechanism. Thus, the growth of either tubular or bamboo-like nanostructures is suggested to be ruled by the competitive surface and bulk diffusions of carbon onto and into the catalyst surface. The growth depends on the size of catalyst nanoparticles sintered at different temperatures. The favorable role of the pozzolan supporting materials in the formation of bamboo-like tubes is emphasized.     

定位生长法制备AFM单壁碳纳米管针尖

采用粘性胶状物作为生长单壁碳纳米管(SWNTs)的催化剂前驱体, 在原子力显微镜下驱动废旧的硅探针粘附该种胶状物,随后进行化学气相沉积(CVD), 实现了SWNTs在硅探针末端的定位生长, 成功地制备出了SWNT针尖. 对SWNTs及SWNT 针尖进行了表征, 并对针尖的稳定成像条件进行了分析. 结果表明, 针尖一般由5-10 nm 的SWNT 管束构成, 伸出长度仅为几百纳米, 受热振动影响较小, 无需后处理即可稳定地成像, 成像分辨率与新的硅探针相当.     

CVD synthesis of spiral carbon nanotubes over asymmetric catalytic particles

The influence of asymmetric catalytic particles prepared by various methods was investigated on the growth of spiral carbon nanotubes using the CVD method. Asymmetric particles were prepared by either milling or crystallization from oversaturated solution onto the surface of catalyst support or catalyst impregnation at pH 8–9. As-prepared catalysts were tested in the decomposition of acetylene. Carbon deposit, thus carbon nanotubes and spirals were observed by transmission electron microscopy the activity was characterized by carbon yield.     

Catalytic synthesis of nanosized feathery carbon structures via the carbide cycle mechanism

The morphology of carbon nanostructures obtained by 1,2-dichloroethane decomposition on the 90% Ni/Al₂O₃ catalyst under different reaction conditions was studied by high-resolution transmission electron microscopy. A new carbon product was discovered, which received the name of feathery carbon. The product has an extremely loose disordered structure consisting of separate fragments of a graphite-like phase. The structural disordering is assumed to be caused by the variation of chlorohydrocarbon decomposition conditions on the frontal face of the metal particle. This changes the character of carbon atom diffusion from the frontal face to the backside face of the nickel particles and finally results in a feathery morphology of the carbon phase. The specific surface area of feathery carbon is 300–400 m²/g.     

四脚状氧化锌晶须的制备及微观形态研究

研究了以锌粉为原料,白碳黑为催化剂,高温气相氧化反应制备任意两针夹角为109°的四脚状氧化锌(T-ZnO)晶须的条件及形态.表面能谱证实产物为纯氧化锌,X射线衍射结果表明,该晶体属六方晶系纤锌矿结构.扫描电镜研究结果表明,模型催化剂白碳黑及气相反应体系的过饱和度对产物四脚状氧化锌晶须的形态影响很大.     

纳米CaCO3负载过渡金属CVD法制备多壁碳纳米管的研究

以纳米碳酸钙粉体为载体,用浸渍法制备了可用于化学气相沉积(CVD)法制备碳纳米管的高产率催化剂.应用FESEM,HRTEM,TEM,XRD和激光拉曼谱对产物进行了表征.结果表明,由于纳米碳酸钙具有较大的比表面积,可高密度地承载催化剂活性组分.在碳纳米管生长初期,处于缓慢分解状态的纳米碳酸钙才能有效地起到载体作用,且反应温度为700～750℃时,碳纳米管的产率较高.Fe-Co双金属催化剂在700℃,催化生长60min后,可增重10倍,而且产物中无定形碳含量极少.纳米碳酸钙载体易于提纯,用质量分数为30%的硝酸超声提纯粗产品1h,可使纯度提高到97%,且不破坏碳纳米管结构.     

CVD Growth of Carbon Nanotubes and Nanofibers: Big Length and Constant Diameter

Summary: We report mass production of carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNFs) with relatively high length and aspect ratio. We synthesized carbon nanomaterials by chemical vapor deposition (CVD) of methane as the feeding gas on Fe/Mo nanoparticles that use alumina-aerogel support. Alumina-aerogel-supported Fe/Mo catalyst was prepared using sol-gel. Drying step performed using rotary evaporation and freeze-drying. CVD was performed using a quartz tube furnace. Samples were analyzed using scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM) and Raman spectroscopy.     

Synthesis of TiO2 on different substrates by chemical vapor deposition for photocatalytic reduction of Cr(VI) in water

TiO₂ loaded on several substrates such as carbon fiber, aluminum plate, silica plate, and glass plate was prepared using the chemical vapor deposition (CVD) method for the photocatalytic reduction of Cr(VI) in water with the presence of ethanol under Ultraviolet (UV) illumination. As‐prepared samples were characterized by X‐Ray Diffraction (XRD), X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), Brunauer–Emmett–Teller (BET), and scanning electron microscopy (SEM). The catalyst with TiO₂ loaded on carbon fiber possessed an extremely large surface area (1,463,91 m²/g), while the other catalysts possessed small surface areas (0.05–0.21 m²/g). The photocatalytic activity of TiO₂ loaded on carbon fiber, which was determined by the conversion of Cr(VI) and the degradation of chemical oxygen demand (COD), was much higher than that of other catalysts. The reusability of TiO₂ loaded on carbon fiber catalyst exhibited almost the same activity as the fresh catalyst. The results indicated that TiO₂ loaded on carbon fiber is feasible for practical application.     

高效二氧化碳电催化还原反应花状钴催化剂的制备及性能（英文）

随着工业的不断发展,化石燃料的大量使用导致全球大气二氧化碳浓度逐年升高.通过电还原将二氧化碳转化为燃料是实现碳循环经济最有前景的途径之一.目前,还原二氧化碳常用的方法包括热化学法,光化学法和电化学法.与另外两种方法相比,电催化还原二氧化碳具有条件简便,易于控制,转化率较高,材料易得,易于放大生产等优点,具备潜在的实际应用价值.电还原二氧化碳的催化材料主要分为金属材料,金属氧化物,有机分子,生物分子等.其中,以过渡金属催化剂的研究与应用最为普遍.我们发展了一种新型金属钴催化剂的制备方法,采用快捷,绿色的溶剂热方法,以正丁胺为保护剂,合成了具有花状形貌的金属钴催化剂.这种特殊形貌的金属钴催化剂相比体相的金属钴催化剂与层状的氢氧化钴材料,能够暴露更多的活性位点,在二氧化碳电还原反应中表现出极高的催化活性与选择性.我们采用循环伏安法和线性扫描伏安法(LSV)等电化学表征手段,进一步证明了先前其他课题组已报道过的通过溶剂热法制备得到的钴/钴氧化物二维材料在二氧化碳电催化还原过程中,金属钴/氧化钴界面的存在对二氧化碳还原反应具有决定性作用的观点.X射线衍射表明这种新型金属钴催化剂具有六方密堆积的晶体相,晶粒平均直径为17.3 nm.扫描电子显微镜直观地展示了其不同于体相的金属钴催化剂与层状的氢氧化钴材料,具有特殊的形貌.电化学表征结果显示花状金属钴催化剂比另外两种材料具有更正的起始电位(-0.7 V vs.SCE).不同扫描速度LSV研究表明,甲酸等其他还原产物的形成受二氧化碳传质控制影响.采用核磁共振分析不同电位下10 h恒电位电解产物,发现当电极电势为-0.85 V(vs.SCE)时,还原产物甲酸的法拉第效率达63.4%.另外,循环伏安曲线表明该催化剂不仅对二氧化碳还原反应具有极高的活性,同时,对还原产物的氧化也表现出极低的过电位与极高的反应活性,因此所开发催化剂可视为一类双效电催化剂.