无机合成制备化学论文

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1、无机合成及制备化学论文题目：碳纳米管的合成及应用6摘要：材料化学是一门快速发展的交叉性和前沿性学科，有机的融合了化学和材料两个一级学科的发展优势。材料化学在深刻认识材料的结构和性能关系的基础上，探索与新材料发展相适应的化学合成新方法和新技术，设计并合成具有优异功能和结构特征的新型材料。碳是一种常见的非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族，以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳能通过化学反应自我结合而形成大量化合物，这些化合物很多都是生物和工业的重要分子。文章主要介绍碳结构的多样性、碳在纳米领域的制备和应

2、用、碳的各种同素异形体以及在化学反应中的作用。关键词：碳纳米管、场效应晶体管、催化剂载体、电子效应、化学气相沉积、共轭体系、电弧放电法。正文：碳单质可以以多种形式存在，自然界中最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软的石墨，它们的晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位；石墨每个碳都是三角形3配位，可以看做是无限个苯环稠合起来。纳米材料以及纳米结构是当今新材料研究领域中最为核心、最接近应用的部分。在近年取得成果中，纳米材料尤为突出，碳纳米管以及石墨烯是其中的典型代表【1】。由于它们具有很多优异而独特的光学、电学和机械性质，呈现出广泛地应用前景，因此成为国际上众多科学家关

3、注和研究的前沿热点。同时，由于碳材料的优越性，运用碳材料中的微观结构制作的纳米分子器件和纳米电路已成为科学家的重点研究对象。扫描隧道显微镜和原子力显微镜的出现，使得人们可以俘获和放置、排列特定的单一碳原子或者碳纳米结构，构建出特定的纳米器件。因此，纳米材料在未来大有可为。1.1碳纳米管1991年，日本电子公司的Iijima[2]用高分辨率电子显微镜仔细研究了用电弧蒸发产出的富勒烯副产物炭黑，初期的研究结果令人失望，从电弧蒸发箱的壁上收集到的炭黑几乎全部是无定型碳，很少带有明显的、长程的结构。后来，他放弃从这类炭黑中的筛选，转而考察电弧蒸发后在石墨阴极上形成的硬质沉淀物，在高分辨

4、电镜下观察时发现，阴极炭黑中含有针状物，其直径为4～30nm、长约1000nm、由2～50个同心管构成。后来被称为纳米管材料，也揭开了近年来关于纳米材料研究的序幕。1.2碳纳米管的应用碳纳米管是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空的管体。一般可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于碳纳米管的直径很小、长径比大，故可视为一维纳米材料。理论预测和实验研究都发现碳纳米管具有独特的电学性能，可用于制作晶体管等纳米电子器件。主要用途有一下几点：（1）超级电容器碳纳米管用作双点层电容器电极材料。双电层电容器既可以用作电容器也可以作为一种能量存储装置。超级电容器可大电流充放电，几乎没有充放电

5、过6电压，循环寿命可达上万次，工作温度范围很宽。双层点容器在声频、视频设备、调谐器、电话机和传真机等通信设备及各种家用电器中均可得到广泛地应用。作为双电层电容器的电极材料，要求该材料结晶度高、导电性好、比表面积大，微孔大小集中在一定的范围内。而目前一般用多孔炭作电极材料，不但微孔分布宽，而且结晶度低、导电性差，导致容量小。没有合适的电极材料是限制双层电容器在更广范围内应用的一个重要原因。碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电性好，微孔大小可以通过合成工艺加以控制，因而是一种理想的双电层电容器电极材料。（1）能源方面的应用碳纳米管也可被用作锂离子电池的负极材料。碳纳米管的层间距为0.

6、34nm，略大于石墨的层间距0.335nm，这有利于Li+的嵌入与迁出，它特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁和内壁两方面嵌入，又可以防止因溶剂化Li+嵌入引起的石墨层剥离而造成负极材料的损坏。碳纳米管参杂石墨时可提高石墨负极的导电性，消除极化。（3）场发射管在硅片上镀上催化剂，在特定条件下使碳纳米管在硅片上垂直生长形成阵列式结构，用于制造超高清晰度平板显示器，清晰度可大数万线。同时也可使碳纳米管在镍、钛、铬、钨、玻璃、石墨等材料上形成阵列式结构，制造各种用途的场发射管。（4）信息存储碳纳米管作为信息写入及读出探头，其信息写入及读出点可达1.3nm，（当存储信号的斑点为10nm

7、时，其存储密度为1012bits/cm2,称其为超高密度，比目前市场上的产品高4个数量级），该技术将会给信息存储带来革命性进步。（5）催化剂载体碳纳米管材料比表面积大，表面原子比率大，使体系的电子结构和晶体结构明显改变，表现出特殊的电子效应和表面效应，如气体通过碳纳米管的扩散速度为常规催化剂颗粒的上千倍，负载催化剂后可以极大提高催化剂的活性和选择性，使其在加氢、脱氢和选择催化的反应中具有很大的应用潜力。（6）生物医学应用碳纳米管在生物医学应用方面的关键优势之一是它你们可以很容易的被细胞内吞，