碳纳米管改性及其储氢性能研究

发布时间：2020-05-13 21:16

【摘要】： 碳纳米管因其独特的结构作为一种新型的储氢材料而受到极大关注，国内外学者对其储氢性能的研究作了大量工作。在此基础上，本文对碳纳米管储氢性能进行了系统研究。首先，测试了单、多壁碳纳米管的储氢性能。其次，对碳纳米管进行机械球磨以提高其储氢性能，主要进行了如下研究：(1)分别在三种不同介质(空气、氩气、环己烷)中对碳纳米管进行球磨以改善其储氢性能；(2)对掺杂分子筛NaA、SBA-15的碳纳米管进行不同条件下的球磨，测试球磨后样品的储氢性能，进而讨论了分子筛种类、球磨介质和球磨时间对碳纳米管储氢性能的影响；(3)用碱金属K~+修饰球磨后的碳纳米管以改善其储氢性能。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(xRD)等手段考察了球磨前后碳纳米管外观形态、微观结构和表面信息的变化。 研究结果表明： (1)单壁碳纳米管的储氢性能优于多壁碳纳米管。在77K、1.94MPa时，单壁碳纳米管储氢量为2.34wt.％。多壁碳纳米管的管径越小，储氢量越大，在77K、1.94MPa时，管径最小的多壁碳纳米管储氢量最大为2.20wt.％。 (2)机械球磨提高了碳纳米管的储氢量。球磨使碳纳米管变短、开口，因此氢更容易进入碳纳米管内部。在相同球磨时间下，不同球磨介质中，碳纳米管的储氢量不同，如：在77K、1.9MPa，球磨时间为2h时，，在空气中球磨的单壁碳纳米管储氢量为2.6wt.％，在氩气中为2.55wt.％，在环己烷中为2.48wt.％；多壁碳纳米管(10-20nm)在氩气中最佳球磨时间为6h，在环己烷中最佳球磨时间为8h。在相同球磨介质中，不同球磨时间下，样品的储氢量也不相同，如：多壁碳纳米管(10-20nm)在氩气中分别球磨2h、4h、6h时，它们在77K、2.0MPa时的储氢量分别为1.68wt.％、1.70wt.％、1.73wt.％。 (3)在碳纳米管中掺杂分子筛NaA、SBA-15球磨可以提高其储氢量，掺杂SBA-15分子筛相对要好。球磨时间小于6h时，在氩气中球磨比在环己烷中好：77K、2.0MPa时，NaA+MWNTs在氩气中球磨4h后碳纳米管的储氢量为1.79wt.％；在相同条件下，NaA+MWNTs在环己烷中球磨4h后碳纳米管的储氢量为1.67wt.％。当球磨时间超过6h时，在环己烷中球磨更有利。适当延长球磨时间可以提高碳纳米管储氢量：在77K、2.0MPa时，NaA+MWNTs在环己烷中球磨2h后碳纳米管的储氢量为1.55wt.％，球磨8h后达到2.06wt.％。 (4)用K~+修饰碳纳米管可以提高其储氢量，且球磨之后再用K~+修饰的样品储氢量较高：在77K、2.09MPa时，直接用K~+修饰的样品储氢量为1.52wt％，球磨后再用K~+修饰(搅拌4h)的样品储氢量为1.57wt％。球磨后碳纳米管在KNO_3溶液中的搅拌时间越长，储氢量也相应增大：在77K、2.09MPa时，搅拌12h的样品储氢量达到1.68wt％。
【图文】：

碳纳米管一般通过电弧放电法、激光蒸发法、催化热解法制备，然而用这些方法制备的产物中含有无定形碳以及反应中所用的催化剂颗粒等杂质，这些杂质的存在影响了碳纳米管的性能，因此对制得的碳纳米管进行提纯也是研究的一个重点。图1一5为A.G形nzle:等合成的单壁碳纳米管在2一3M的浓硝酸中回流45h提纯前后碳纳米管的扫描电镜对比图【川，从图中可以看出提纯后的碳纳米管纯度较高，有效地除去了无定形碳及催化剂颗粒等杂质。图1 F19.1一5提纯前后碳纳米管的SEM图a:提纯后;b:提纯前一 5SEMPieturesofCNTsa:PurifiedsamPle:b:originalsamPle

“22牛羊品的表征(l)扫描l七镜(SEM)图3 F19.3一l多壁碳纳米管(10一Zon:n)的扫描电镜图 T11eSEM一 11ierograPllsofMWNTS(10一20nrll)图3一2单壁碳纳米管的扫描电镜图 F19.3一 2TheSEMmicrograPllsofSWNTs(10一20nm)24
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：O613.71;TK91

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱玉振;王胜;魏贤龙;丁力;张志勇;梁学磊;陈清;彭练矛;;多壁碳纳米管互连的单壁碳纳米管晶体管的频率特性[J];物理化学学报;2008年11期

2 管宝辉;鲁江;张慧慧;邵惠丽;胡学超;;碳纳米管类型对CNTs/Lyocell复合纤维结构与性能的影响[J];高分子材料科学与工程;2011年08期

3 庄晓艳;石宝友;芦家娟;晏晓敏;高羽飞;;碳纳米管对阿特拉津的吸附/解吸特性[J];环境科学学报;2009年06期

4 何为凡;徐学诚;陈奕卫;成荣明;;多壁碳纳米管和过氧化苯甲酰化学反应的红外表征[J];华东师范大学学报(自然科学版);2006年03期

5 欧阳雨,方炎;不同激发波长下单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的拉曼光谱比较[J];光散射学报;2003年03期

6 ;碳纳米管—Raman会提供什么信息?[J];现代科学仪器;2005年05期

7 欧小华;纳米,让世界更美[J];国外塑料;2005年09期

8 王玉芳,曹学伟,蓝国祥;单壁碳纳米管制备的最新进展[J];功能材料;2000年S1期

9 韦进全,慈立杰,魏秉庆,徐才录,梁吉,吴德海;用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管[J];清华大学学报(自然科学版);2001年08期

10 罗晶晶;;可复制肌肉的碳纳米管薄膜[J];技术与市场;2008年06期

相关会议论文 前10条

1 张翊;郭航;;碳纳米管声学特性的研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年

2 祁祥;潘春旭;;碳纳米管在高温下的转变及其研究进展[A];湖北省物理学会、武汉物理学会2004’学术年会论文集[C];2004年

3 王红霞;竹有章;马进;田涛;;单壁碳纳米管的电子结构分析[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第5分册）[C];2010年

4 赵廷凯;柳永宁;朱杰武;;温控电弧法大量制备单壁碳纳米管[A];中国科协第二届优秀博士生学术年会材料科学技术分会论文集[C];2003年

5 于金刚;黄笃树;黄可龙;洪涌;;可溶性壳聚糖修饰单壁碳纳米管的制备(英文)[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

6 董平轩;万斌;郭良宏;;单壁碳纳米管对小鼠原代巨噬细胞功能的影响研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

7 邹明英;陈景文;;单壁碳纳米管吸附水中苯分子的计算模拟[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

8 刘宇;王金泳;李彦;;单壁碳纳米管与单晶石英基底相互作用的拉曼光谱研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 杨娟;张达奇;李彦;;离子液体中单壁碳纳米管的光谱研究[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 檀付瑞;桂慧;张静;李红波;李清文;;基于凝胶色谱柱的单壁碳纳米管分离[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者　 杜华斌;加开发单壁碳纳米管生产新工艺[N];科技日报;2006年

2 冯卫东;科学家发现碳纳米管薄膜新特性[N];科技日报;2008年

3 程曦;“妙手”连通纳米材料与宏观世界[N];新清华;2007年

4 宋玉春;碳纳米管走近商业化应用[N];中国化工报;2004年

5 本报记者　聂翠蓉;碳纳米管将要进入人体[N];科技日报;2006年

6 为新;抢占纳米电子制高点[N];中国计算机报;2000年

7 冯卫东;日开发出碳纳米管联接新工艺[N];科技日报;2008年

8 唐茵;EPA确立纳米材料研究新战略[N];中国化工报;2009年

9 本报记者 唐景莉 通讯员 姚骏;纳米时代的开拓者[N];中国教育报;2000年

10 罗刚;神奇的纳米材料安全吗[N];健康报;2005年

相关博士学位论文 前10条

1 赵元春;碳/碳氮一维纳米材料的制备、物性以及相关器件的研究[D];中国科学院研究生院（国家纳米科学中心）;2008年

2 周炜;超支化聚合物改性碳纳米管及其纳米复合材料研究[D];中国科学技术大学;2008年

3 马杰;大直径单壁碳纳米管制备、纯化及其应用研究[D];上海交通大学;2009年

4 姚明光;新型稀土复合催化剂合成单壁碳纳米管及其高压结构相变研究[D];吉林大学;2007年

5 闫妍;充流多壁碳纳米管的动力学特性研究[D];昆明理工大学;2008年

6 徐永红;多壁碳纳米管对人多药耐药胶质瘤细胞的生物效应[D];武汉大学;2011年

7 张逸;多壁碳纳米管生物学效应的分子机制研究[D];山东大学;2012年

8 罗蔓;多壁碳纳米管对单核巨噬细胞的作用及基因组学的研究[D];复旦大学;2010年

9 高宁宁;多壁碳纳米管的表面化学修饰调节其免疫毒性的机理研究[D];山东大学;2011年

10 徐玉英;多壁碳纳米管的心血管毒性研究[D];浙江大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 彭忠梅;碳纳米管改性及其储氢性能研究[D];太原理工大学;2007年

2 李弘波;多壁和单壁碳纳米管储氢性能的研究[D];浙江大学;2003年

3 于丽丽;密度泛函理论研究双钛取代掺杂单壁碳纳米管的结构，性质及其储氢性能[D];吉林大学;2011年

4 董强;煤基单壁碳纳米管的纯化及应用[D];大连理工大学;2010年

5 孙平平;单壁碳纳米管致PC12细胞毒性研究[D];大连理工大学;2010年

6 林高锋;单壁碳纳米管的毒性、功能化改性及靶向送药的研究[D];上海交通大学;2011年

7 吴玲娟;掺溴聚苯胺及多壁碳纳米管/掺溴聚苯胺复合材料的导电性能研究[D];华东师范大学;2010年

8 周解平;单壁碳纳米管吸附芳香簇氨基酸机理的同步辐射研究[D];中国科学技术大学;2011年

9 吕伟欣;氮掺杂多壁碳纳米管的合成及NO电氧化研究[D];黑龙江大学;2010年

10 唐玉琴;Eu（Ⅲ）和Cu（Ⅱ）在多壁碳纳米管上的吸附[D];兰州大学;2011年

本文编号：2662555