用不同催化剂制备纳米炭纤维的生长机理

研究了以Ｆｅ或 Ｎｉ为催化剂采用有机物催化热解法制备的纳米炭纤维的形貌和结构，发现在 两种情况下纳米炭纤维的生长机理完全不同：以Ｆｅ为催化剂纳米炭纤维基本符合气－液－固（ＶＬＳ）催 化生长机制（也称溶解扩散机制）；而以Ｎｉ为催化剂纳米炭纤维则符合固相催化生长机制．

纳米炭纤维的储氢性能初探

主要阐述了用流动催化剂法制备的纳米炭纤维的储氢特性，发现在室温下纳米炭纤维可以快速大量吸氢纳米炭纤维的储氢量远远高于目前各种储氢材料的储氢容量100nm左右的炭纤维的储氢容量高达10％以上（质量分数），如此高的储氢容量使其在燃料电池等方面具有厂阔的应用前景.

一种新型储氢材料─纳米炭纤维的制备及其储氢特性

利用气相流动催化法和高压容积法对纳米炭纤维的大量制备及其储氢特性进行了研究 结果表明，利用在小型装置上优化的制备工艺参数，在反应空间扩大７倍的中型装置中可以实现纳米炭纤维的大量制备 在制备过程中加入扰流管能够改变炉管中的气流状态，从而影响纳米炭纤维的直径和产率 扰流管放置在适宜的区域，能够得到直径较细、纯净、碳源转化率达３０％的纳米炭纤维 实验发现纳米炭纤维的表面处理是影响其储氢性能的主要因素，经过适当表面处理的纳米炭纤维，其储氢容量达到 １０％

石墨烯改性聚丙烯腈基纳米炭纤维的制备及其性能

以氧化石墨为前驱体,采用真空热膨胀还原法获得了功能化的石墨烯材料。以石墨烯为纳米填料,采用静电纺丝法制备了一系列石墨烯改性聚丙烯腈(PAN)纳米复合纤维,经进一步预氧化和炭化得到纳米炭纤维。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)、热重(TGA)和差示扫描量热仪(DSC)研究了石墨烯对纳米炭纤维的宏观性能与微观结构的影响。结果表明,加入石墨烯后,PAN纳米纤维中分子取向变大,结晶度下降。对氧化、环化和脱氢反应可产生一定的抑制作用,导致预氧化反应程度下降。同时,石墨烯可作为炭化阶段微晶生长的晶核,有利于碳网平面的快速生长。

原位生长纳米炭纤维/硅复合材料及其储锂性能(英文)

采用催化化学气相沉积法在微米硅颗粒表面原位生长纳米炭纤维得到纳米炭纤维/硅复合材料。利用SEM,TEM和XRD表征了复合材料的表面形态和微观结构,并考察了其作为锂离子电池负极材料的循环性能。电化学测试表明:与纳米纤维/硅机械混合物相比,原位生长纳米炭纤维/硅复合材料具有更高的可逆容量(1042mAh/g)和更好的循环稳定性。根据SEM和交流阻抗分析结果,分析了纳米炭纤维/硅复合材料在充放电过程中的结构演变机制,其优异的电化学性能主要来源于原位生长纳米炭纤维与硅颗粒之间良好的接触性能。

纳米炭纤维的表面润湿行为

采用动态渗透法研究了不同结构的纳米炭纤维(Carbonnanofibers,CNF)表面润湿性以及在不同溶剂中润湿性的变化和表面改性对其润湿性的影响。结果表明,生长条件如催化剂组成、碳源等对CNF的表面性质有显著影响,并最终决定其在溶剂中的润湿能力。以Fe/γ-Al2O3为催化剂,以C2H4为碳源得到的CNF在水中的润湿性能最差;而以Ni/γ-Al2O3为催化剂,CO为碳源得到的CNF在环己烷中的润湿性能最好。CNF在不同溶剂中的相对接触角测定表明CNF是一种表面非极性较强的材料。设CNF在润湿性能最好的环己烷中的接触角为0°,则CNF在水,丙酮,乙醇中的相对接触角分别为81.6°,45.2°,24.8°。不同的表面改性手段可对CNF的表面性质进行调变以控制其在不同溶剂中的润湿行为。在浓硝酸中液相氧化可提高其对水溶液和环己烷的润湿性能;在氩气中的高温热处理可提高其对水溶液的润湿性能,但降低了对环己烷的润湿能力;而在过氧化氢溶液中的处理则同时降低了对水溶液以及环己烷的润湿能力。

聚醚型聚氨酯/纳米炭纤维共混体系的热行为和表面分析

采用纳米炭纤维 ( nano CF)与聚醚型聚氨酯 ( SEPU)共混复合 ,通过红外光谱、示差扫描量热分析及表面电子能谱分析 ,对该共混体系的热行为和表面化学组成进行了初步的表征与探讨。实验结果表明 ,共混体系中聚醚型聚氨酯的硬段微区含量增大 。

Fe催化PAN炭纤维原位生长纳米炭纤维

为了研究气相生长纳米炭纤维在炭 炭复合材料制备中的应用 ,采用均热式化学气相沉积技术 ,以针刺PAN炭纤维薄毡为基体 ,二茂铁为催化剂前驱体 ,丙烯为碳源 ,氮气为载气 ,在炉压 1.0kPa～ 1.3kPa ,沉积温度880℃、92 0℃下进行了Fe催化PAN炭纤维原位生长纳米炭纤维的实验。经不同时间沉积后的样品在扫描电镜(SEM)下进行观察 ,发现 880℃时沉积 4h后在PAN炭纤维周围生成大量的原位生长纳米炭纤维 ,而在 92 0℃时因催化剂失效导致热解炭对Fe催化剂颗粒包覆 。

富氮多孔纳米炭纤维的制备及其用作超级电容器电极材料

以商业聚酰亚胺树脂为前驱体,经过静电纺丝和一步炭化制备出富含氮原子的纳米炭纤维,采用扫描电镜、低温氮吸附和XPS等手段对纳米炭纤维的结构进行表征,考察不同炭化温度下纳米炭纤维的孔结构与表面含氮官能团的演变。结果显示,所得聚酰亚胺纤维经过一步高温处理便可得到微孔发达且富含氮原子的纳米炭纤维。随着炭化温度的升高,纳米炭纤维的比表面积与氮含量均逐渐降低。700℃炭化得到的纳米炭纤维的比表面积达到447 m2/g、纤维平均直径为234 nm、表面氮含量达到4.1%。将所得纳米炭纤维直接用作超级电容器电极,采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行考察。所得富氮纳米炭纤维表现出优异的电容量和表面电化学活性,其比电容达到214 F/g,单位比表面的电容量达到0.57 F/m2。

静电纺丝法制备聚丙烯腈基纳米炭纤维及其表面结构表征(英文)

通过稳定化、炭化静电纺制的聚丙烯腈(PAN)前驱体纤维制备了直径为100nm^300nm的纳米炭纤维。用扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、扫描隧道显微镜(STM)及扫描量热分析法(DSC)研究了纳米炭纤维及其前驱体纤维的形貌及结构。结果表明:纳米炭纤维及其前驱体纤维的直径表现为对数正态分布。静电纺制纤维的环化放热峰移向低温,表明静电纺制纤维可在较低的温度下引发环化。由于静电纺制纤维的粗糙表面及在热处理过程中的收缩行为,在纳米炭纤维表面形成了长度为10nm宽度为5nm的凹坑。

纳米炭纤维含量对其酚醛复合材料性能影响

采用纳米炭纤维对酚醛树脂改性,通过力学性能、烧蚀性能测试以及电镜和X-射线光电子能谱(XPS)分析研究了纳米炭纤维含量对炭/酚醛树脂基复合材料性能的影响。结果表明,当纳米炭纤维质量分数为15%时,其改性复合材料的层间剪切强度最大,达到31.17 MPa,氧乙炔线烧蚀率最小,为0.020 mm/s。分析了其改性机理,指出纳米炭纤维在树脂中的分散均匀程度是获得理想复合材料性能的关键。

乙烯催化裂解法选择性合成纳米炭纤维(英文)

通过采用不同金属催化剂进行乙烯催化裂解制备了具有不同微观结构的纳米炭纤维。利用纳米二氧化硅负载的铁、镍以及铁镍合金催化剂在适当的反应条件下分别制备了管状、实心鱼骨状以及空心鱼骨状的纳米炭纤维。由于金属催化剂与纳米二氧化硅间的强相互作用导致在低反应温度下也能达到高的反应活性,所以能够合成出高收率、小直径而且分布均匀的纳米炭纤维。不同结构的纳米炭纤维归因于金属催化剂的不同分散性以及不同的生长机理。通常利用铁催化剂进行乙烯裂解制备纳米炭纤维需要高于650℃,但是在我们的实验中发现500℃低温下利用纳米二氧化硅负载的铁催化剂进行乙烯裂解就能够合成出管状纳米炭纤维。

原位生长纳米炭纤维增强C/C复合材料的弯曲破坏过程(英文)

采用催化化学气相沉积法制备原位生长纳米炭纤维(CNFs)改性单向C/C复合材料。通过分析弯曲破坏过程,研究原位生长CNFs对C/C复合材料弯曲性能的影响。结果表明,CNFs的存在明显改变了载荷-位移曲线的线形,在开始的弹性变形阶段出现一个台阶,随后出现类似塑性材料的锯齿状屈服特性曲线。CNF-C/C复合材料的破坏模式由单根纤维的拔出转变为纤维束的断裂。由中织构热解炭(Py C)、CNFs和高织构Py C形成的复杂界面阻碍了裂纹的扩展,改变了裂纹的扩展方向从而导致C/C复合材料具有较高的弯曲强度和模量。

纳米炭纤维改性对C/C复合材料摩擦磨损的影响

采用催化化学气相法在炭纤维表面原位生长纳米炭纤维后,再通过化学气相渗透法制备出纳米炭纤维改性C/C复合材料。采用微动摩擦磨损试验考察纳米炭纤维改性C/C复合材料的摩擦磨损性能,探讨原位生长纳米炭纤维对C/C复合材料摩擦磨损机理。结果表明,采用纳米炭纤维改性后C/C复合材料的摩擦过程更平稳,磨损量减小。纳米炭纤维与热解炭形成复合基体,这种复合基体在摩擦过程中形成高强度高模量的摩擦膜,从而影响复合材料的摩擦性能。

不同金属催化炭纤维原位生长纳米炭纤维/纳米碳管的研究

为了选择合适的催化剂,来催化炭纤维生长纳米炭纤维/纳米碳管,分别以Fe、Co、Ni和Mo的金属盐为催化剂前驱体,H_2为还原气体,N_2为载气,采用浸渍—还原法在炭纤维表面制备纳米催化剂颗粒,再以CO为碳源,催化热解生长纳米炭纤维/纳米碳管。用扫描电镜观察了纳米催化剂颗粒的形貌和粒径及纳米炭纤维/纳米碳管的形貌,并探讨了四种金属的催化生长机制,发现四种金属的催化效果为:Ni最好,Co次之,Fe较差,Mo最差。

一种新型储氢材料——纳米炭纤维的制备及其储氢的研究

氢能是理想的清洁能源之一,已引起人们广泛的重视。为了充分利用氢能使用的分散性及不连续性等优点,必须解决氢的储存及运输问题,储氢材料则可能是可供选择的最佳方法。储氢材料的研究是氢能利用的关键技术,具有高储氢容量的纳米炭纤维的研究将促进氢能的发展。 本项目以具有高储氢能力的纳米炭纤维的制备和储氢特性研究为目标。

低碳钢基体表面氧乙炔碳化焰法沉积纳米炭纤维(英文)

低碳钢经浓硝酸浸蚀预处理后,调节氧乙炔火焰成碳化焰,预处理过的低碳钢基体表面火焰沉积获得纳米炭纤维涂层。采用扫描电镜、X射线衍射和显微激光拉曼光谱等先进分析手段对其形态和结构进行了表征。研究发现纳米炭纤维相互缠绕弯曲,石墨化程度高,直径为80nm^100nm、长度为4μm^5μm,形态短而粗。纳米炭纤维相互排列紧密但与基体结合力弱易从低碳钢表面脱落,浓硝酸浸蚀预处理的低碳钢表面在火焰中形成大量氧化铁颗粒,催化纳米炭纤维成核生长。

化学气相沉积法合成高强度纳米炭纤维/蜂窝堇青石复合材料(英文)

以C2H4为碳源、Ni-Cu合金作催化剂,采用化学气相沉积法在蜂窝状堇青石表面生长纳米炭纤维(CNFs),获得压缩强度为50.0MPa的纳米炭纤维/蜂窝堇青石复合材料。在堇青石表面蜂窝腔内生长的CNFs直径为20nm～30nm,CNFs之间相互交织形成5μm厚的纤维层,CNFs的质量分数为25.3%。金属Cu的掺杂对Ni-Cu合金的颗粒尺寸产生重要影响,进而影响CNFs的生长速率、纤维层厚度及其微结构。所合成CNFs的石墨化程度不高,在蜂窝堇青石中生长纳米炭纤维可以把其压缩强度从10MPa增加到50MPa。

热等离子条件下Fe_2O_3催化裂解甲烷制备纳米炭纤维

以Fe2O3粉末为催化剂,N2,H2混合气体为等离子工作气,常压条件下裂解甲烷制得不同类型的纳米炭纤维。利用SEM、TEM、热重、XRD和拉曼光谱等表征手段揭示甲烷流量对纳米炭纤维(CNFs)形貌、纯度和结晶度的影响。结果表明:甲烷流量为0.3m3/h时,产物形貌为结晶度良好的空心套杯状纳米炭纤维,甲烷流量加大至0.5m3/h后,所得产物掺杂有大量的竹节状纳米炭纤维和带有颗粒的空心管,所得的纳米炭纤维的纯度下降。

以纳米炭纤维为模板浸渍制备V_2O_5-K_2SO_4/Al_2O_3-SiO_2纤维复合催化剂

以Si O2纤维为宏观基体材料,首先采用化学气相沉积法制备纳米炭纤维,然后以纳米炭纤维作模板将纳米多孔Al2O3固化在Si O2纤维上,以此得到Al2O3-Si O2纤维复合载体材料,最后采用浸渍法制得V2O5-K2SO4/Al2O3-Si O2纤维复合催化剂。考察V2O5-K2SO4/Al2O3-Si O2纤维复合催化剂对炭黑颗粒氧化反应的催化性能。结果表明,该类催化剂能明显降低炭黑颗粒的起燃温度,可以有效地降低柴油车尾气中炭黑颗粒的排放,具有潜在的实际应用前景。