多壁碳纳米管及其对H2吸附体系的Raman光谱

利用原位和非原位紫外Raman谱法,对以CH4为碳源,由催化法制备的多壁碳纳米管（MWCNTs),K^ -修饰的该类MWCNTs,以及它们对H2的吸附体系进行了Raman谱表征,观测到可分别归属于类石墨结构的基频模D和G以及它们的三阶组合频,表面CH3基和CH2基等的特征Raman峰;H2在这类碳纳米管上的吸附态包括解离吸附生成表面CH3和非解离吸附分子氢H2（a)在相同实验条件下,K^ -修饰体系上这两类氢吸附物种的表面浓度都比未经K^ -修饰的相应体系高。     

Cu修饰碳纳米管基复合材料的高效合成及其催化应用研究

报道了一类壳聚糖预修饰的多壁碳纳米管(MWCNTs)在温和条件下自发还原Cu离子制备Cu修饰碳纳米管基复合材料的新合成路线.联合谱学表征(XRD,SEM,HRTEM,UV-vis)研究表明,平均粒径约为2nm的超小Cu粒子均匀地分散在MWCNTs的表面;氨水是引发自发还原反应的关键因素;Cu修饰碳纳米管基复合材料能高效催化还原对硝基苯酚.     

十六烷基胺-多壁碳纳米管复合物的制备及NO吸附性能

为制备在室温下对NO吸附性能优异的材料,采用十六烷基胺并通过化学缩合的方法对多壁碳纳米管进行了修饰,制备了十六烷基胺-多壁碳纳米管复合物,并分别采用TG-DSC,XRD,FT-IR,Raman,SEM等技术对所制备的复合物进行了表征.研究表明:十六烷基胺通过酰胺键修饰在多壁碳纳米管表面,经十六烷基胺修饰的碳纳米管结构基本没有发生变化.原位TG-MS结果表明:在室温下,经十六烷基胺修饰的多壁碳纳米管的NO吸附量是纯碳纳米管的8.58倍,其选择性吸附NO能力较纯碳纳米管明显提高.原因是十六烷基胺修饰的多壁碳纳米管n型电导能力增强,而使受电子体NO分子易与修饰的碳纳米管作用并发生化学吸附.     

修饰碳纳米管对硼酚醛树脂摩擦性能的影响

采用共价接枝法制备了羧基化碳纳米管(MWCNTs -COOH)、二氨基二苯基甲烷修饰碳纳米管( MWCNTs -DDM)、硼酸化碳纳米管(MWCNTs- Borate)修饰碳纳米管(MWCNTs).通过原位聚合的方法制备了修饰碳纳米管/硼酚醛树脂.使用3种碳纳米管改性的树脂制备了摩擦材料并研究了其摩擦性能.结果表明,修饰碳纳米管的加入,有助于提高摩擦材料摩擦系数的稳定性,减小磨损率,改善热衰退性.其中添加质量分数为1％的MWCNTs- Borate的情况改善最大,磨损率减小43.2％,摩擦系数和磨损率衰退率仅为10.3％和28.6％,摩擦表面保持完好.     

P3HT-MWCNTs光敏性复合薄膜的制备和性能

采用化学氧化法,合成一种聚(3 - 己基噻吩),即P3HT,将之与多壁碳纳米管(MWCNTs)有效复合,最后形成一种透明的电子给体--受体异质结型P3HT - MWCNTs光敏性纳米复合薄膜.采用核磁共振、红外光谱、紫外-可见光谱和透射电镜等测试手段,对合成产物进行表征和分析.研究表明,己基的引入使得聚噻吩的溶解性能明显改善,同时通过对碳纳米管的表面修饰和改性,碳纳米管与P3HT具有较好的相容性.紫外-可见光吸收光谱显示,P3HT薄膜比其相应的溶液具有更高的电子共轭效应,随着氧化剂用量的提高,有助于提高其电子共轭效应.在一定范围内,随着MWCNTs含量的增加,P3HT - MWCNTs光敏薄膜发生红移,提高了对太阳能的利用率.     

不同分子量聚乙烯吡咯烷酮对多壁碳纳米管分散性能的影响

研究了不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对多壁碳纳米管(MWCNTs)浆料流变性能、稳定性能的影响,并对PVP修饰的MWCNTs(P-MWCNTs)导电性进行了分析。结果表明,中等分子量的PVPK25和PVPK30对浆料的分散效果最佳,浆料黏度较低,呈现近牛顿流体特征,分散的MWCNTs颗粒均匀,平均粒径相对较小,并具有较好的稳定性,同时PMWCNTs电阻率也较低。通过拉曼光谱(Raman)、热失重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)对作用机理分析,结果表明,PVPK25和PVPK30与MWCNTs之间有更强的π-π共轭作用,吸附量高于低分子量PVPK17和高分子量PVPK90的吸附量,并在MWCNTs表面具有更好的空间位阻修饰效果,因而使得MWCNTs几乎呈单根分散,缠结现象显著减少。     

碳纳米管促进Cu-基高效甲醇合成催化剂

用自行制备的碳纳米管（CNTs）作为促进剂，研制出一类高效甲醇合成催化剂CuiZnjAlk-Ox-wt%CNTs，评价它们对CO／CO加氢成甲醇的催化活性，并与非CNTs促进的相应体系作对比研究。实现发现，碳纳米管能显著地促进甲醇合成反应活性的提高。在493K，5．0MPa,H2/CO/CO2/N2=62/30/5/3(V/V),GHSV=8000h^-1的反应条件下, Cu6Zn3Al1-Ox-12.5wt%CNTs催化剂上，甲醇的时空产率达1064mgh^-1(g-catal)^-1；产物中甲醇的选择性达98％以上；而在相同的制备和反应条件下、在非促进相应催化剂Cu6Zn3Al1-Ox上，甲醇的时空产率只达729mgh^-1（g-catal)-1.H2-TDP观测揭示，常压下在CNTs材料、以及CNTs促进催化剂CuiZnjAlk-Ox-wt%CNTs上，可以吸附存储着数量相当可观、在423－573K温度范围处于可逆吸、脱附的吸附氢物种。这一特性将有助于在甲醇合成反应条件下，营造较高氢稳态的表面氛围，以有利于提高表面加氢反应的速率；与此同时，很可能由于加氢活性的提高，使得碳纳米管促进催化剂上甲醇合成反应所需温度比非促进的相应体系下降15－25K，这在相当大程度上将有利于提高CO的平衡转化率和甲醇合的平衡产率。本文结果表明，碳纳米管对H2优异的吸附、活化及存储性能对于促进其所改进催化剂上甲醇合成反应活性的显著提高，起着关键作用。     

甲烷氧化偶联催化剂和部分氧化反应机理的原位及非原位谱学表征

采用原痊红外和原位显微Raman光谱技术及XPS、吡啶（Py)吸附的漫反射UV谱、Py-TPD、CO2-TPD等方法对含氟稀土基催化剂上甲烷氧化偶联（OCM）反应活性氧物种、催化剂表面酸碱性进行了考察。在O2预处理和/或工作条件下的SrF2/La2O3,SrF2/Nd2O3,LaOF,BaF2/LaOF和BaF2/CeO2等催化剂上原位观测到超氧物种（O2^-),并在其中前4种催化剂上检测到O2^-物种与CH4反应生成的气相C2H4,CO2和表面碳酸盐等OCM反应主、副产物。这些结果为O2^-是相应催化剂上OCM反应的活性氧物种首次提供了直接的光谱证据。研究结果表明,催化剂的OCM反应性能与其表面酸碱性的强弱并无简单的对应关系。采用原拉时间分辨红外光谱和原位显微Raman光谱技术对SiO2和γ-Al2O3负载的Rh、Ru催化剂上甲烷部分氧化（POM）制合成气反应的研究表明,由CH4直接氧化生成CO和H2是Rh/SiO2上POM反应的主要途径,而燃烧-重整机理是Ru/γ-Al2O3和Ru/SiO2上CO和H2生成的主要途径,反应条件下催化剂表面氧（O^2-)物种浓度的差异很可能是导致这两种催化剂体系上POM反应机理不同的主要原因,其本质可能源于Rh和Ru对氧的亲合力的不同。     

多壁碳纳米管/聚合物复合乳液的合成

采用原位乳液聚合法合成多壁碳纳米管/聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-丙烯酸)(MWCNTs/P(St-BA-AA))复合乳液,通过正交实验确定原位乳液聚合的最佳条件。经红外光谱、拉曼光谱和热重分析(TGA)测试,结果表明:通过共价键在MWCNTs表面成功引入P(St-BA-AA)共聚物长链。扫描电镜(SEM)观察显示MWCNTs的表面包覆有一层聚合物,并在复合乳液中均匀分散。动态力学分析仪(DMA)和力学性能测试结果表明当MWCNTs的加入质量分数为1.0%时,复合薄膜与纯聚合物薄膜相比,内耗、拉伸强度、断裂伸长率及弹性模量分别提高了51.7%、52.8%、66.7%及82.6%,在高温区tanδ仍大于0.5。     

聚苯胺-多壁碳纳米管修饰生物阴极微生物电解池产氢性能

采用原位化学氧化聚合法合成了聚苯胺-多壁碳纳米管复合材料,成功构建了修饰生物阴极型微生物电解池,通过聚苯胺-多壁碳纳米管复合材料的耦合作用,提高体系产氢性能,并通过对外加电压、电极间距、电解质浓度等外部操作参数的优化,进一步提高体系性能。实验结果表明,修饰生物阴极实现同步处理废水产氢,表现出优于未修饰生物阴极(MEC)的性能。在外加电压0.9 V、电极间距3 cm、电解质浓度100 mmol/L操作条件下,体系性能最佳。此时聚苯胺-碳纳米管修饰生物阴极微生物电解池H2产率可达0.83 m3/(m3·d),COD去除率为89.3%,阴极H2回收率为51%。     

热处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

文章采用容量法测量在常温下压力升高到10 MPa时,多壁碳纳米管的吸附储氢性能,分析了热处理对碳纳米管的结构和吸附储氢量的影响。采用透射电镜(TEM)、激光拉曼光谱(Raman)和低温N2吸附(BET)对碳纳米管的微观结构进行表征。结果发现,热处理能明显地提高碳纳米管的石墨化程度,热处理后碳纳米管的质量储氢容量从原来的1.90%升高到2.17%。     

含单空位的(10,10)碳纳米管的振动性质和拉曼谱

运用Brenner经验势计算了碳原子间力常数和具体的振动模式,在此基础上利用经验键极化模型计算了含有单空位的(10,10)碳管的非共振拉曼谱.计算结果表明,单空位造成的局域模式所对应的拉曼峰位于完整碳管的G带之外,因此,在实验上可以用这一特性来探测碳管中的单空位.同时,当单空位浓度较小时,碳管的管径几乎不发生变化,仅仅是在拉曼谱中R带上劈裂出一些新的峰,这一现象主要源自于空位带来的对称性破缺.     

H2在金属钾修饰碳纳米管上的吸附与储存

利用高压容积法、辅以卸压升温脱附排水法,测定金属钾修饰多壁碳纳米管(K~0-MWCNTs)对H_2的吸附储存容量。结果表明,在室温(～25℃)、～7.25MPa实验条件下其对氢的吸附储存容量可达3.80％(质量百分数);室温下卸至常压的脱附氢量为3.36％(占总吸附氢量的～89％),后续升温(升至673K)的脱附氢量为0.41％(占总吸附氢量的～11％)。     

Application of Raman spectroscopy in carbon nanotube-based polymer composites

Raman spectroscopy has been widely used to identify the physical properties of carbon nanotubes (CNTs), and to assess their func-tionalization as well as orientation. Recently, Raman spectroscopy has become a powerful tool to characterize the interfacial properties between CNTs and polymer matrices. This review provides an overview of micro-Raman spectroscopy of CNTs and its application in studying CNT reinforced polymer composites. Based on the specific Raman band shifts relating to the mechanical deformation of CNTs, Raman scattering can be used to evaluate the interactions between the CNTs and the surrounding polymer in the composites, and to detect the phase transitions of the polymer, and investigate the local stress state as well as the Young’s modulus of the CNTs. Moreover, we also review the current progress of Raman spectroscopy in various CNT macroarchitectures (such as films, fibers as well as composite fibers). The microscale structural deformation of CNT macroarchitectures and strain transfer factors from macroscale architectures to microscale structures are inferred. Based on an in situ Raman-tensile test, we further predict the Young’s modulus of the CNT macroarchitectures and reveal the dominating factors affecting the mechanical performances of the CNT macroarchitectures     

基板焙烧温度与合成时间对V型火焰法于不锈钢基板直接生长碳纳米管的影响

为了实现于锅炉中直接制备附着碳纳米管的各类构件,采用自主研发的V型火焰法,在不锈钢基板上直接快速生长碳纳米管。通过SEM、XRD谱和Raman光谱分析了基板预处理温度和合成时间对碳纳米管生长过程,并对不同条件下产物的形态、结晶度进行了分析;通过EDS分析了附着碳纳米管的基板元素含量变化。结果表明：通过调整基板的焙烧温度,能够控制基板上碳管的密度和质量,焙烧温度为500~600oC时产物的产量和质量最优;本实验条件下,铁是促进碳纳米管生长的活性位点;碳纳米管的生长经过碳的溶解、扩散和析出的过程,本实验条件下,2min后碳管开始生长,7min得到的碳管均匀覆盖于基板表面,管壁笔直,杂质少。可见,V型火焰法能够直接在经过焙烧的不锈钢板上生长碳管,且合成时间短,预处理过程简单,为批量生产附着碳纳米管构件提供了简单有效的途径。     

蒽甲醇修饰单壁碳纳米管的研究

利用蒽甲醇对单壁碳纳米管进行了化学修饰，并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析．通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱发现，吸附后的光谱强度下降大约57．1％，说明单壁碳纳米管吸附上了蒽甲醇．通过拉曼光谱分析发现，吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7cm^-1，认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附蒽甲醇前后状态的改变导致的．     

亚甲基蓝在碳纳米管上的吸附行为及其热力学研究

采用亚甲基蓝作为碱性染料,测定了亚甲基蓝初始浓度为10mg/L,吸附平衡8h,温度290、300、310K时在多壁碳纳米管上的吸附行为,并拟合了Langmiur、Freundlich和Sips吸附等温模型的吸附参数,发现吸附行为最符合Sips模型;亚甲基蓝溶液在碳纳米管上的吸附量在pH 3～7范围内随pH值增大而增大;热力学参数计算得到G为负值,表明吸附自发进行并以物理吸附为主;H为正值表明吸附为吸热过程;S为正值,表明吸附过程是熵增过程.     

Effects of structure and surface properties on carbon nanotubes’ hydrogen storage characteristics

Hydrogen adsorption experiments were carried out in special stainless steel vessels at room temperature (298K) and under 10 MPa using self-synthesized multi-walled carbon nanotubes. In the experiments, carbon nanotubessynthesized by the seeded catalyst method were pretreatedby being soaked in chemical reagents or annealed at hightemperature before they were used to adsorb hydrogen, but their capacity for hydrogen storage was still poor. Carbonnanotubes synthesized by the floating catalyst method were found to be able to adsorb more hydrogen. They have ahydrogen storage capacity of over 4% after they wereannealed at high temperatures, which suggested that theycould be used as a promising material for hydrogen storage.     

Synthesis and characterization of carbon-coated cobalt ferrite nanoparticles

Cobalt ferrite nanoparticles (CFNPs) were prepared via a reverse micelle method. The CFNPs were subsequently coated with carbon shells by means of thermal chemical vapor deposition (TCVD). In this process, acetylene gas (C₂H₂) was used as a carbon source and the coating was carried out for 1, 2, or 3 h at 750°C. The Ar/C₂H₂ ratio was 10:1. Heating during the TCVD process resulted in a NP core size that approached 30 nm; the thickness of the shell was less than 10 nm. The composition, structure, and morphology of the fabricated composites were characterized using X-ray diffraction, simultaneous thermal analysis, transmission electron microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, and selected-area diffraction. A vibrating sample magnetometer was used to survey the samples’ magnetic properties. The deposited carbon shell substantially affected the growth and magnetic properties of the CFNPs. Micro-Raman spectroscopy was used to study the carbon coating and revealed that the deposited carbon comprised graphite, multiwalled carbon nanotubes, and diamond- like carbon. With an increase in coating time, the intensity ratio between the amorphous and ordered peaks in the Raman spectra decreased, which indicated an increase in crystallite size.