碳納米管復(fù)合材料制備及同步輻射譜學(xué)研究.pdf

1、碳納米管（CNTs）獨特的一維管狀結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在納米電子器件、復(fù)合材料和催化劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，對碳納米管進行摻雜和與納米顆粒復(fù)合是調(diào)節(jié)其性質(zhì)從而促進其實際應(yīng)用的有效手段。X射線吸收近邊譜（XANES）及掃描透射顯微術(shù)（STXM）等同步輻射技術(shù)已經(jīng)成為對碳納米管的電子、原子結(jié)構(gòu)以及化學(xué)相互作用的局域結(jié)構(gòu)進行研究的重要手段，對科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有十分重要的貢獻。在碳納米管的系列研究中，仍沒有完全揭示碳納米管生長過程以及

2、其復(fù)合物內(nèi)部相互作用等機理，利用同步輻射技術(shù)研究這些作用及機理能夠推動相關(guān)科學(xué)的進展，具有重要的意義。
　　在本論文中，我們制備了碳納米管及其復(fù)合物，并利用XANES及STXM等實驗方法研究了碳納米管及其復(fù)合材料的電子結(jié)構(gòu)。論文工作主要利用XANES和STXM揭示了碳納米管生長過程以及其復(fù)合物內(nèi)部的相互作用，這些研究為深入了解制備性能優(yōu)越的碳納米管復(fù)合材料提供了實驗和理論基礎(chǔ)，具體內(nèi)容如下：
　　我們對制備出的碳納米管采用了

3、表面敏感和體積敏感的不同探測模式，發(fā)現(xiàn)大量氮氣被封存在了碳納米管內(nèi)且在超高真空下穩(wěn)定存在。結(jié)合XANES譜研究，我們發(fā)現(xiàn)碳納米管管內(nèi)的催化劑電子結(jié)構(gòu)與前驅(qū)體中的電子結(jié)構(gòu)類似。碳納米管中封入的氣體對碳納米管的電子結(jié)構(gòu)和性能會有很大影響，該發(fā)現(xiàn)為碳納米管應(yīng)用過程中性能調(diào)控提供了一種可行的方法。
　　利用STXM實驗，我們發(fā)現(xiàn)了碳納米管化學(xué)處理過程中產(chǎn)生的碳碎片，這種碎片包覆在碳納米管表面，會對碳納米管的進一步修飾造成影響。這種碳碎片很

4、容易被氧化，從而在碳K邊吸收譜上表現(xiàn)出一個在288電子伏左右的很強的峰。我們的STXM實驗直接觀察到了沉積在碳管上的這種碳碎片并清晰的測量了它的電子結(jié)構(gòu)。除了化學(xué)處理過程中引入的碳碎片外，我們的實驗還發(fā)現(xiàn)，如果STXM實驗過程中使用的襯底是帶碳膜的微柵，高強度的 X射線將使碳膜揮發(fā)并沉積到碳納米管上，形成一層碳膜。更有意思的是，這種碳沉積膜的電子結(jié)構(gòu)會直接影響碳 K邊吸收譜上285.5電子伏左右的峰，即碳管費米面附近的峰，這種峰的存在在

5、過去許多文獻中都被認(rèn)為是碳管與復(fù)合的納米顆粒之間的相互作用。我們的實驗明確證實該處的峰形成原因很大可能是由STXM實驗過程本身造成的。該結(jié)果對碳的相關(guān)XANES譜的理論解釋具有指導(dǎo)作用。
　　此外，我們還對不同直徑的碳納米管進行了STXM研究，并討論了影響碳納米管STXM譜形狀的因素，實驗發(fā)現(xiàn)碳納米管直徑（厚度）與譜的強度成比，但對譜形的影響可以忽略。實驗還觀察到了制備過程中引入的無序結(jié)構(gòu)，該無序結(jié)構(gòu)使X射線吸收譜中π*峰強位置降