電紡法制備B-C-N納米管及其負載金屬的研究.pdf

1、納米材料具有許多優(yōu)異的性能，成為時下研究的熱點。其中，納米材料的催化性質已成為一個新的熱門研究領域。碳納米管具有較大的比表面積、良好的化學穩(wěn)定性及優(yōu)良的導電導熱等性能，且已能夠規(guī)模化制備，成為一些新型納米催化劑的常用載體，也可直接作為某些反應的催化劑。許多研究表明，當碳納米管作為催化劑載體時，負載一些金屬納米粒子或者采用B、N等元素的進行摻雜處理，對碳納米管的催化性能具有顯著的影響。本論文基于靜電紡絲制備的碳納米管材料，著重研究負載金屬

2、納米粒子以及B、N元素摻雜等對碳納米管的影響，成功開發(fā)出B-C-N復合納米管負載金屬納米粒子樣品，并研究了其作為電催化劑的性能。
　　本研究采用同軸靜電紡絲技術制備了B-C-N復合納米管。以PAN和PVDF的DMF混合溶液作為殼層溶液，二甲基硅油作為內(nèi)核溶液，同軸電紡后得到的初級復合纖維。再經(jīng)過預氧化、浸漬B2O3和氮化處理等步驟，制得B-C-N復合納米管樣品。然后采用浸漬金屬無機鹽飽和溶液的方法，獲得B-C-N復合納米管負載Fe

3、、Co、Cu、Ag等金屬納米粒子催化劑。本研究采用SEM/EDX、TEM、XPS、FTIR、XRD和Raman等方法對樣品進行了較為系統(tǒng)的表征。發(fā)現(xiàn) Fe、Co、Cu和Ag納米粒子均能均勻地負載在 B-C-N納米管上，但形成的微觀形貌有所差異，如Co納米粒子的褶皺狀形貌， Ni納米粒子能夠嵌入納米管內(nèi)壁，這些特殊形貌能夠影響催化劑的催化性能。
　　本研究進一步探討了電紡工藝參數(shù)對B-C-N復合納米管形貌和結構的影響，通過控制聚合物

4、的濃度，可以較好的實現(xiàn)對B-C-N復合納米管管徑的控制，其直徑范圍可以從0.5-1.0um范圍內(nèi)進行調變。
　　本論文研究了B-C-N復合納米管及其負載Fe、Co、Cu、Ag等金屬納米顆粒催化劑樣品在酸性（0.5M H2SO4）和堿性（0.1M KOH）環(huán)境下催化氧還原反應的性能。通過對不同催化劑樣品的CV曲線和RDE曲線進行對比分析發(fā)現(xiàn)，在堿性條件下，B-C-N復合納米管負載Ni催化劑表現(xiàn)出更優(yōu)良的電催化氧還原活性。最后，分析比