碳納米管、氧化石墨烯-三元硫?qū)倩衔锛{米雜化材料的制備及其性質(zhì)研究.pdf

1、從零維的富勒烯、一維的CNTs、二維的石墨烯到三維的石墨和金剛石，碳材料因其獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外科研工作者研究的熱點(diǎn)。由于碳納米管和氧化石墨烯具有杰出的光學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械和化學(xué)性能，科學(xué)領(lǐng)域更是對(duì)此興起了研究熱潮。為了充分利用并進(jìn)一步優(yōu)化碳材料的優(yōu)良特性，人們嘗試以碳材料作為載體，在其表面修飾各種有機(jī)、無(wú)機(jī)以及生物材料，并制備了一系列具有獨(dú)特性能的納米雜化材料，優(yōu)化了材料性能，拓寬了材料的應(yīng)用領(lǐng)域。Ⅰ-Ⅳ(Ⅲ)

2、-Ⅵ族化合物是三元硫?qū)倩衔镏械囊粋€(gè)重要體系，其優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性能使其在非線性光學(xué)和中間帶系半導(dǎo)體材料中具有廣泛的應(yīng)用。本論文主要研究在碳納米管和氧化石墨烯表面修飾三元硫?qū)倩衔锛{米粒子，并對(duì)所合成納米雜化材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了一系列表征，同時(shí)測(cè)試了其非線性光學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性能。全文共四章。
　　 第一章分別總結(jié)概括了碳納米管和氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和以二者為載體的納米雜化材料的制備方法，整理了碳納米管及其雜化材料在光學(xué)

3、非線性方面的研究進(jìn)展以及氧化石墨烯及其雜化材料在電化學(xué)傳感器方面的研究進(jìn)展，最后提出了本論文的研究設(shè)想。
　　 第二章介紹了一種MWCNT/AgBiS2納米雜化材料的制備方法。采用溶劑熱法，以強(qiáng)酸預(yù)處理的碳納米管為載體，以乙二醇和丙三醇的混合溶液為溶劑，在多壁碳納米管表面均勻地原位沉積上AgBiS2化合物納米粒子。我們從溶劑比例、投料量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及投料比等條件出發(fā)，探究了在多壁碳納米管表面上原位修飾三元金屬硫化物納米粒

4、子的最佳合成條件。通過(guò)一系列電鏡和光譜等表征手段，我們對(duì)MWCNT/AgBiS2納米材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在乙二醇和甘油體積比為1∶1.5的溶劑體系中才能得到形貌較好的MWCNT/AgBiS2納米雜化材料，半導(dǎo)體納米粒子的粒徑為40±5nm。此外，對(duì)于形貌較好的材料，我們采用開(kāi)口z掃描技術(shù)和光限幅技術(shù)探究了材料在激光波長(zhǎng)為532 nm處的非線性以及光限幅性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，在140℃/6 h和200℃/1 h條件下所制備材料

5、的光限幅性能優(yōu)于CNTs的光限幅性能，雜化材料的光限幅性質(zhì)可能主要由非線性散射和非線性吸收共同導(dǎo)致。
　　 本章中我們還嘗試選用其他溶劑體系來(lái)制備MWCNT/AgBiS2納米雜化材料。分別選用二甘醇、乙二醇、甘油、二甘醇與乙二醇混合溶劑、二甘醇與甘油的混合溶劑以及二甘醇與乙二醇的混合溶劑作為反應(yīng)溶劑。通過(guò)XRD和FESEM對(duì)材料進(jìn)行表征，我們發(fā)現(xiàn)以二甘醇作為反應(yīng)溶劑，通過(guò)改變條件納米粒子較容易修飾到CNTs表面，且在碳管上的分布

6、較為均勻。但XRD數(shù)據(jù)結(jié)果表明材料中除目標(biāo)產(chǎn)物AgBiS2外，常含有雜質(zhì)Bi2S3，且在二甘醇存在的混合溶劑體系中也較容易出現(xiàn)Bi2S3雜質(zhì)。以乙二醇為反應(yīng)溶劑的情況下，XRD表明所得材料為純AgBiS2，但所得納米粒子的粒徑較大，且不能夠均勻地修飾在碳納米管上，原因可能在于溶液粘度較小，納米粒子生長(zhǎng)速度過(guò)快，從而導(dǎo)致納米粒子的團(tuán)聚，使其難以附著到碳納米管表面。甘油為反應(yīng)溶劑時(shí)，因其粘度過(guò)大，不易得到純凈且形貌良好的雜化材料。結(jié)果表明，

7、只有以乙二醇和甘油的混合溶劑作為溶劑體系時(shí)，才能得到純凈的AgBiS2，并且通過(guò)適當(dāng)調(diào)整反應(yīng)條件，可得到形貌均一、修飾均勻的MWCNT/AgBiS2化合物納米雜化材料。
　　 第三章采用前驅(qū)體高溫分解和溶劑熱相結(jié)合的方法，在氧化石墨烯表面均勻地原位修飾上一層AgInS2半導(dǎo)體納米粒子。首先采用改良的Hummers法制備出氧化石墨烯，接著選用AgNO3和InCl3·4H2O分別與配位劑三水合二乙基二硫代氨基甲酸鈉(DEDC)反應(yīng)得

8、到前驅(qū)體配合物，然后將氧化石墨烯和前驅(qū)體以一定比例分散在疏水溶劑中，最后在聚四氟乙烯內(nèi)膽中進(jìn)行熱解。實(shí)驗(yàn)最終得到以氧化石墨烯為基底的，原位沉積了AgInS2的納米雜化材料。我們通過(guò)調(diào)控反應(yīng)條件，得到了純凈的、粒徑均一、氧化石墨烯表面粒子分布均勻的納米雜化材料。選取一部分修飾較好的材料對(duì)其進(jìn)行了一系列結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征。最后我們將所合成的雜化材料應(yīng)用于電化學(xué)研究中，進(jìn)行NO2-的檢測(cè)。結(jié)果顯示，以GO/AgInS2作探針的電化學(xué)傳感器，其檢測(cè)