氧化物和金属纳米管的制备、表征及其应用

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1、浙江大学材料科学与工程学系博士学位论文氧化物和金属纳米管的制备、表征及其应用姓名：杜宁申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：杨德仁;阙端麟20090401浙江大学博士学位论文摘要自从碳纳米管被发现以来，一维管状纳米结构在国际上受到了极大的关注。纳米管由于具有独特的结构、高的比表面积、特殊的物理、化学和生物性能，有望在光电子器件、传感器、药物输运、能量储存和转换等众多领域得到广泛的应用。因此探索纳米管的大量、简单合成及应用具有重要的意义。本文利用碳纳米管为模板合成了一系列的金属和氧化物纳米管以及核壳复合

2、纳米管，对纳米管的合成机理进行了探讨，并将氧化物及其复合纳米管应用到气敏传感器和锂电池中。论文的主要创新结果如下：(1)提出以碳纳米管为模板，利用层层自组装法合成碳纳米管与一系列金属和氧化物的核壳纳米管的新技术和新思路。论文利用这种新技术合成了一系列的核壳纳米管，包括：CNT-Au，CNT—Pt，CNT-Pd，CNT-Sn，CNT-SnO：，CNT-In：03，CNT-NiO，CNT-CeO：等。并系统研究了碳纳米管表面修饰的高分子电解质层、沉积目标材料过程中使用的还原剂和络合剂以及碳管和金属源的比例等对核壳纳

3、米管形貌和组分的影响。研究还表明，碳纳米管与溶液中离子的正负电互相吸引以及合适的还原反应速度，是获得高质量核壳纳米管的关键。通过控制碳纳米管和金属源的比率，能够控制碳纳米管表面目标层的厚度。(2)通过将碳纳米管／氧化物核壳纳米管进行后续高温热处理，发展了一种得到了尺寸均匀的氧化物纳米管的新技术，并将这些氧化物纳米管应用到气敏传感器和锂电池负极材料中。通过调控碳管表面In：0，层的厚度，分别获得了致密和多孔的In：0；纳米管。将这两种In：0，纳米管应用到氨气气敏传感器中，并与In：0，纳米线和纳米颗粒相比，获得

4、了更高的灵敏度和更快的响应和恢复速度。对CNT-SnO：和CNT-NiO核壳纳米管进行高温热处理，获得了尺寸均匀的SnO：和NiO核壳纳米管。将这两种纳米管应用到锂电池负极材料中，获得了较高的容量和较好的循环性能。研究认为，多晶管状纳米结构以及超大的比表面积是气敏性能和锂电池性能优越的原因。(3)提出以碳纳米管为模板、利用层层自组装的方法，合成碳纳米管与两种无机材料的复合核壳纳米管的新思路和新技术，并通过后续的热处理合成了掺杂的氧化物复合纳米管。合成的复合核壳纳米管包括CNT-Au-SnO：，CNT—CeOz—

5、SnO：以及CNT-Ag-NiO。论文并将CNT-Au-SnO：核壳纳米管应用到cO气敏传感器中，获得了高的灵敏度、短的响应和恢复时间以及良好的选择性。多晶管状结构，大的比浙江大学博士学位论文摘要表面积以及金的掺杂是性能优越的原因。进一步地，通过高温热处理得到CeO：-SnO：，Ag-Ni0复合氧化物纳米管。将CeO：-SnO：复合纳米管应用到气敏传感器中，获得了比复合纳米颗粒更高的灵敏度以及比纯的SnO：纳米管更好的选择性。将Ag-NiO核壳纳米管应用到锂电池中，获得了比纯NiO纳米管更好的充放电性能。(4)

6、以碳纳米管为模板，金属羰基盐为源，利用超声结合后续热处理工艺，合成了Co。0；纳米管。进一步地，在溶剂热条件下得到了CNT-CoO和CNT-Mn，0。的核壳纳米管。研究将Co，0。纳米管应用到锂电池负极材料中，获得了超大的容量(1200mAh／g)以及稳定的循环性能。(5)提出了一种在室温下大量制备Sn0：纳米管的新方法。研究以带正电的高分子电解质PDDA作为软模板，利用硼氢化钠作为还原四氯化锡，形成了尺寸均匀的金属sn纳米棒，随着反应的进行，金属sn纳米棒逐渐氧化转变成SnO：纳米管。研究认为这个转变过程是由

7、Kirkendall效应导致的。此外，还系统地研究了锡源与高分子电解质的比例，高分子电解质的带电性对SnO：纳米管形貌的影响。关键词：碳管；模板；层层自组装法；金属羰基盐分解法；氧化物纳米管；复合氧化物纳米管；气敏传感器；锂电池浙江大学博士学位论文AbstraetAbstractOne--dimensionaltubular—·likenanostructureshaveattractedgreatinterestsincethediscoveryofCarbonNanotubes(CNTs)．Thenanot

8、ubescanbeappliedinoptoelectronicdevices，sensors，energystorageandconversion，andSOon，duetotheirspecialtubular-likenanostructure，largesurfaceareaanduniquephysical，chemicalandbiologicalproperties．Th