酸氧化处理对多壁碳纳米管表面基团的影响

120℃下用浓硝酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行不同时间的酸氧化处理,考察处理前后碳纳米管的形貌和元素变化,分析酸氧化处理MWCNTs表面功能基团的种类和含量.结果表明:浓硝酸处理,可在MWCNTs表面产生不同数量的羧基、羟基和羰基含氧基团;在最初2h内,羧基含量增加,羟基和羰基含量先增后减,含氧基团总量迅速增加;处理时间继续增加,羧基含量逐渐减少,羟基和羰基含量发生不规则变化,含氧基团总量趋于稳定;MWC-NTs表面首先形成羟基和羰基,这些基团继续被氧化生成羧基,并且它们被氧化生成羧基的能力不同,生成的羧基可进一步氧化最终以CO2释放出来;可通过控制浓硝酸处理的时间来控制MWCNTs表面含氧基团的种类和数量.     

多壁碳纳米管的表面乙烯基功能化

本文采用浓硫酸/浓硝酸(3:1,v/v)组成的混酸体系在140℃时对多壁碳纳米管进行了氧化处理,并通过氧化后在多壁碳纳米管表面生成的羟基官能团与丙烯酰氯进行反应,制备了表面乙烯基功能化的多壁碳纳米管.强酸氧化后多壁碳纳米管的表面形貌通过透射电子显微镜进行了观察,结果表明氧化时间为60分钟时所得多壁碳纳米管的长度比较均匀,长径比较大,具有明显的两端开口结构.氧化后多壁碳纳米管表面的官能团通过核磁共振波谱仪进行了表征,结果表明混酸氧化处理60分钟后的多壁碳纳米管的管壁和管端生成了羟基等官能团.氧化后的多壁碳纳米管与丙烯酰氯充分反应后的产物的核磁共振氢谱图表明,反应产物为乙烯基功能化的多壁碳纳米管.     

不同纯化处理方法对多壁碳纳米管电磁性能的影响

采用硝酸回流、混酸回流、硝酸回流与混酸超声、混酸超声与双氧水回流、盐酸超声与双氧水回流5种不同工艺方法对多壁碳纳米管进行了纯化处理,使用TEM、XRD和FT-IR比较各种方法对碳管表面结构的影响程度,运用同轴法测定碳纳米管在2～18GHz频段内的复介电常数和复磁导率,研究了不同纯化处理方法对多壁碳纳米管复介电常数与复磁导率的影响。结果表明,经过纯化处理后,碳纳米管表面的无定形碳及催化剂颗粒均能被有效去除,并在其表面嫁接有羟基、羧基官能团;经过纯化处理,碳纳米管的复介电常数的实部与虚部均有所降低,而复磁导率的没有明显变化。综合考察测试结果,优选硝酸回流处理工艺纯化多壁碳纳米管。     

HNO3/H2O2氧化修饰碳球的表征与分析

为改善碳球在液相中的反应性能,采用HNO3/H2O2混合氧化剂氧化法对碳球表面进行改性,通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和红外光谱法等手段分析了氧化处理条件对碳球微观结构和引入的官能团种类的影响,并采用酸碱滴定方法对氧化引入的官能团的数量进行测定,同时考察了改性后的碳球在水中的分散性。结果表明,当HNO3和H2O2体积比为1∶1时,随氧化剂浓度的增加,含氧官能团的量增加,尤以羰基最为明显;相同氧化条件下,引入的羟基量明显高于羧基和羰基;当体积比由1∶1变为1∶3时,羟基含量增大,羧基和羰基含量下降,由此得出结论:氧化性强的HNO3有利于羧基和羰基的引入,而氧化性弱的H2O2有利于羟基的引入;采用体积比为1∶1的浓HNO3和H2O2处理在碳球表面引入了尽可能多的含氧官能团,为2.164 mmol/g,其在水中具有良好的分散性和分散稳定性。因此可以通过改变氧化条件实现碳球表面的可控改性,为碳球的进一步功能化修饰和应用提供依据。     

硅烷偶联剂对单壁碳纳米管的化学修饰

采用混酸体系(浓硫酸/浓硝酸体积比为3/1)对单壁碳纳米管进行了氧化处理,并通过氧化处理后在单壁碳纳米管表面生成的羟基官能团与长链硅烷偶联剂进行反应,制备了表面有机修饰的单壁碳纳米管.经过该方法修饰的碳纳米管在三氯甲烷、四氯化碳和二硫化碳等有机溶剂中有较好的溶解性.并通过红外光谱、热失重和透射电镜对其化学结构进行了表征.     

单壁碳纳米管的氧化修饰及表面官能团研究

为了丰富单壁碳纳米管（SWNTs）表面的官能团,增加碳管的化学反应活性,采用混酸氧化和紫外光辐照催化条件下氨-氧化等表面修饰手段对SWNTs进行表面修饰,傅立叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）测试表明,混酸氧化使SWNTs端口打开,表面变得粗糙,管壁引入了羧基等活性官能团,进一步的氨-氧化使得SWNTs表面引入氨基,同时部分羧基转变为酰胺基。     

氧化处理方法与多壁碳纳米管表面羧基含量的关系

从羧基定量化出发，采用红外光谱法、热重分析法和X-射线光电子能谱法详尽研究了氧化处理方法与多壁碳纳米管（MWCNTs）上引入羧基量的关系。结果表明，硝酸氧化法、混酸氧化法和混酸与过氧化氢共同氧化法均可以使MWCNTs表面产生羧基。热重分析法和XPS分析法可以定量分析MWCNTs表面羧基的含量，并且分析结果相近。XPS分析表明，2．5mol／L硝酸氧化48h可以使MWCNTs表面产生摩尔分数为4．80％的-COOH，而混酸（浓HNO3与浓H2SO4体积比为1：3）氧化4h可产生摩尔分数为5．35％的～COOH，如果进一步由质量分数20％的过氧化氢氧化2h，MWCNTs表面产生的-COOH摩尔分数提高到7．55％。     

多壁碳纳米管的纯化及修饰

通过以碱(NaOH)为分散剂进行预处理增大化学反应活性,再以高温加热除去无定型炭等非高度石墨化物质,最后运用混酸(3:1浓硫酸和浓硝酸)进一步去除无定型炭及碳纳米管制备过程中的金属催化剂和金属氧化物,并在纯化的同时引入羧基和羟基等官能团,使修饰后的碳纳米管稳定性、分散性大大加强.     

多壁碳纳米管氧化条件的工艺优化

采用稀硝酸((3.00mol/L)在超声条件下对多壁碳纳米管(MWNTs)进行氧化提纯,将羧基等官能团接枝到碳纳米管的侧壁.用透射电镜、热重分析仪和红外光谱考察了纳米管长度和羧基含量随氧化时间和温度的变化.结果表明:氧化时间12h,温度65℃,既可以纯化碳纳米管,在侧壁引入活性基团,还可以保持碳纳米管的原有性能.     

改性Hummer法制备高羧基化多壁碳纳米管及其性能研究

采用了1种新的三成分氧化体系(浓硫酸/高锰酸钾/过氧化氢)对多壁碳纳米表面进行羧基化改性,并对比分析了反应过程中采用超声辅助的方式对碳纳米管羧基化程度的影响。红外和X射线光谱分析结果证实了改性多壁碳纳米管表面引入了含氧官能团如—COOH、—OH、—C=O等,且采用超声辅助的氧化体系氧化效果更好,所改性的羧基化多壁碳纳米管中氧含量高达20.98%(原子分数),明显高于文献中及市场上的羧基化多壁碳纳米管氧元素含量;通过对比改性前、后多壁碳纳米管在乙醇水溶液的分散性,结果表明采用本研究中的氧化体系进行改性的多壁碳纳米管的分散性有明显的提高;场发射扫描电镜观察改性后多壁碳纳米管的表面形貌进一步表明改性前、后的多壁碳纳米管结构长度未发生明显的缩短,而且羧基化过程中采用超声辅助获得的多壁碳纳米管未发生明显的团聚现象。     

Effective chemical oxidation on the structure of multiwalled carbon nanotubes

A two-step chemical oxidation of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with different oxidation reagents was particularly studied. The reagents used in first step were the acidic mixture of sulfuric acid and nitric acid, and the reagents used in the second step were a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide for different time. After each treatment, the functionalization yield of the oxygen-containing groups such as carboxylic group, hydroxyl functional groups and other functional groups on the surface of the carbon nanotubes (CNTs), was quantified by the analysis of XPS measurements. Two-step for a short period of time treated MWCNTs exhibited a larger fraction of carboxyl (COOH) groups compared to one step and two step for longer-time oxidative treatments, and the defect formation on the CNTs was verified mild by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM) graphs, which is necessary for derived reaction and better manipulation of the material and use in the application of the carbon nanotubes.     

Grafting carbon nanotubes onto carbon fiber by use of dendrimers

A novel method is developed for grafting carbon nanotubes (CNTs) onto the carbon fiber (CF) surface by use of dendrimers. CF surface is functionalized by an adsorbed dendrimers layer. After an oxidation treatment, CNTs with carboxyl, carbonyl or hydroxyl groups are grafted onto the amino-functionalized CFs via chemical interactions. Homogeneous multi-scale structures with different CNT densities and lengths are gained successfully. Functional groups and morphology of the resulting materials are examined by X-ray photoelectronspectroscopy (XPS), Fourier transform-infrared spectrometer (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM).     

A chemical method to graft carbon nanotubes onto a carbon fiber

A simple method is developed for grafting carbon nanotubes (CNTs) onto a carbon fiber surface. CNT and carbon fiber undergo an oxidation treatment. Oxidation generates oxygen, like carboxyl, carbonyl or hydroxyl groups, or amine groups on nanotubes and carbon fiber surface. Functionalized CNTs are dispersed in a solvent and deposited on carbon fibers. The bonds between CNT and carbon fiber are operated by esterification, anhydridation or amidization of the chemical surface groups. The resulting materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM). CNTs form a 3D network around the carbon fibers. Likewise, CNT bonding between two fibers is observed.     

不同粒径膨胀石墨的制备及其微观结构

对化学法制备膨胀石墨的工艺条件的选择进行了分析,以硝酸与磷酸的混酸为插层剂、高锰酸钾为氧化剂制备出了不同粒径的膨胀石墨,利用正交实验和平行实验确定了最佳工艺条件;研究了石墨粒度效应对氧化剂用量的影响;并对不同粒径膨胀石墨的微观结构进行了研究。研究结果表明,制备大鳞片膨胀石墨的最佳工艺为：石墨与混酸的质量体积比为1：4,...     

Functionalization of carbon nanotubes by water plasma

Multiwall carbon nanotubes grown by plasma enhanced chemical vapour deposition were functionalized by H(2)O plasma treatment. Through a controlled functionalization process of the carbon nanotubes (CNTs) we were able to modify and tune their chemical reactivity, expanding the range of potential applications in the field of energy and environment. In particular, different oxygen groups were attached to the surfaces of the nanotubes (e.g. carboxyl, hydroxyl and carbonyl), which changed their physicochemical properties. In order to optimize the main operational parameters of the H(2)O plasma treatment, pressure and power, a Box-Wilson experimental design was adopted. Analysis of the morphology, electrochemical properties and functional groups attached to the surfaces of the CNTs allowed us to determine which treatment conditions were suitable for different applications. After water plasma treatment the specific capacitance of the nanotubes increased from 23?up to 68?F?g(-1) at a scan rate of 10?mV?s(-1).     

化学处理对碳纳米管分散性能的影响

采用混酸氧化法对碳纳米管进行化学处理,制备了分散均匀的稳定的碳管悬浮液.FTIR研究表明:经化学处理后的碳管表面带上了羧基及羟基等基团. TEM显示处理后的碳管缠绕程度明显降低. ζ电位测试结果表明,处理后碳管表面酸根离子的离解增大了碳管表面的负电荷,增强了悬浮液的稳定性.通过测定有效粒径及沉降百分比进一步证实了处理后的碳管悬浮液具有更高的分散性及稳定性.     

碳纳米管表面化学镀银及场发射性能研究

利用化学镀方法对碳纳米管(carbon nano-tubes,CNTs)表面金属化镀银,研究表面化学镀银碳纳米管的场发射性能。碳纳米管经氧化处理后,表面存在一些羰基(CO)、羧基(—COOH)和羟基(—OH)等活性基团,经敏化、活化处理后,形成金属钯活化中心,进而还原金属银离子,从而获得表面化学镀银的碳纳米管。表面化学镀银碳纳米管阴极的开启电场约为0.19V/μm,当电场强度为0.37V/μm时,最大发射电流达6mA/cm2,场增强因子约为25565。实验结果表明,化学镀银层可以提高碳纳米管的电子传输和热传输能力,提高碳纳米管的场发射电流和发射稳定性,有利于碳纳米管在场发射平板显示领域的应用。     

硝酸活化时间对煤基电极材料结构及性能的影响

研究了硝酸活化时间对煤基电极材料表面性质及吸附性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)对煤基电极材料表面性质及形貌进行表征。研究表明,随着硝酸活化时间的延长,煤基电极材料的活化产率和抗压强度逐渐减小,而碘吸附值则呈先增大后减小的趋势,材料表面羧基、内酯基及酚羟基含量逐渐增加。活化8h时煤基电极材料的收率为67.64%,抗压强度为0.234 MPa,碘吸附值达到了301.72mg·g~(-1),表面含氧官能团总量提高了1.44倍。电化学测试结果表明,煤基电极具有良好的电容特性并形成稳定的双电层结构,活化时间越长,扩散过程内阻越小。电吸附处理后氰化废水中各离子的去除率均随活化时间的延长而增大,活化8h时铜及总氰离子的去除率分别可达到90%与68%。     

硝酸表面氧化改性木质活性碳纤维

采用2~14mol/L的硝酸,在23~83℃下,对木质活性碳纤维(WACF)浸渍氧化改性1~8h后,通过Raman、XPS、水吸附和汞吸附等表征表面官能团的结构性能。结果表明,硝酸氧化能力强,可以增加氧原子浓度。酚基、醇基、羟基、羧基官能团随着硝酸浓度增大而增多,酚基和醇基随着浸渍时间的延长而减少,羟基随着浸渍时间的延长而显著增多。WACF表面的石墨化程度随硝酸浓度增大而提高,芯部石墨化程度整体提高但不随浓度梯度的变化而变化。硝酸改性后WACF的水吸附孔容降低,水吸附比表面积显著增加。WACF对HgCl2的吸附量随着硝酸浓度的增大、温度的升高和浸渍时间的延长而增大。以WACF的吸附能力为研究目标,通过对其形貌、晶体结构、表面官能团等进行表征,揭示影响水吸附、汞吸附性能的表面结构特性和化学特性的内在规律,研究结果对WACF功能化利用有指导意义。     

水性中间相沥青的制备研究

以煤焦油沥青为原料,以浓硫酸和浓硝酸为氧化剂,可得到易溶于碱性水溶液的水性中间相沥青。详细考察了沥青氧化条件对水性中间相沥青收率的影响,以及水性中间相沥青的元素和官能团组成。结果发现,反应温度、浓硫酸和浓硝酸的比例对水性中间相沥青收率影响存在一优化值,而反应时间、浓硫酸和浓硝酸的用量对水性中间相沥青收率先是线性的,当达到一定值后水性中间相沥青的收纺基本恒定。水性中间相沥青的组成是复杂的,根据其中化合物含氧官能团的数量和性质,它们可分别在不同pH值条件下制备而得。