碳纳米管基复合粒子的制备及其应用研究

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1、摘要本文从碳纳米管的制备、纯化到复合粒子的制备与性能表征及其对高氯酸铵热分解的催化效果和作用机理进行了比较系统的研究，并得到了一些具有一定创新性的结果。首先，以工业级焦化苯和二茂铁为原料，采用催化热解法制备出了碳纳米管，并用硝酸和硫酸的混酸对其进行了纯化处理，用TEM、SEM、XRD、Raman、TG—D1．A、BET、IR等手段对纯化前后的碳纳米管进行了结构和形貌表征。结果表明：炉膛反应温度1170℃、二茂铁的分解温度150℃、苯的挥发温度50℃、氢气的流量270ml／min、噻吩体积分数1．oo／100Inl苯、反应时间20rain时，可以得到碳纳米管，既有单壁管又有多壁管，单壁管的

2、内径分布在0．88～1．15nnl之间，多壁管的直径分布在40～120nm之间；纯化后的碳纳米管比表面积增加，管壁光滑，而且产生了大量的含氧官能团，有利于在水溶液中的分散。其次，采用溶剂蒸发法制备了碳纳米管／端羟基聚丁二烯(CNTs／HTPB)复合粒子，使用TG研究了复合粒子中HTPB的含量，并用DTA研究了CNTs／HTPB复合粒子对高氯酸铵(AP)热分解性能的影响。结果表明CNTs，HTPB复合粒子对AP的热分解表现出较好的催化效果，CNTs／HTPB复合粒子使AP的高温分解峰温降低111．9"C，与单一CNTs相比，表观分解热增加277。68J／g。采用液相氧化还原法分别制备了CN

3、Ts／Ni、CNTs／Cu复合粒子，通过液相氧化还原法、溶胶一凝胶法、络合沉淀法、液相共沉淀法分别制备了CNTs／TMO、CNTsⅣ203复合粒子；用XRD、TEM、SEM、EDS、XPS、FTIR分别对复合粒子的晶体结构、颗粒尺寸、形貌、化学组成等方面进行了分析表征，并研究了这些复合粒子对AP热分解的催化性能。结果表明：CNTs／Cu、CNTs／Ni、CNTs／Fe。0。、CNTs／Mn02、CNTs／Cu0、CNTs／Y203复合粒子使AP的高温分解峰温分别降低126．3℃、136．94℃、88℃、161．24C、145℃、169．1℃，均比单一组分在相同比例下的简单混合使AP的高温

4、分解峰温降低的幅度大。说明复合粒子对AP热分解均表现出较好的催化效果。．最后，通过溶剂蒸发法分别制备了CNTs／HTPB／AP、CNTs／AP、CNTs厂rM0／AP复合粒子，采用DTA研究了它们对AP热分解性能的影响。结果表明，与CNTs／HTPB、CNTs、CNTs／TMO与AP的简单混合相比，复合粒子对AP的热分解具有更好的催化效果。关键词：碳纳米管，金属，金属氧化物，高氯酸铵，复合，催化，性能袁征AbstractInthispaperwenlakesystematicrcseafchonthepreparationandpurificationofCNTs，thepreparat

5、ionofcarbon-matrixcompositeparticles，performancecharacterization,itscatalyticeffectonthethermaldecompositionofAPandfunctionmechanism．Andwegetsomeinnovativeresults．tFirst，weuseBenzene船carbonsourcefromcol【ingindustrial，andferroceneascatalystprecursor,tohavepreparedcarbonnanotubes(CNTs)bythemethodof

6、catalyticthermaldecomposition．AndtheCNTswerepurifiedbythemixedacidofnitricacidandsulphuricacid．n掂structureandmorphologyofCNTswhichhavebeenpurifiedandnotyet，werecharacterizedbyTEM,SEM，Ⅺ国，Raman,TG-DTA，BET,IR．Theresultsindicatedthatwhenthestokeholereactiontemperaturewas1170℃，thedecomposetemperatureo

7、fFerroceneWas150℃，hevolatilizetemperatureofBenzeneWas50℃．h3，chicflowratewas270ml／min,theconcentrationofthiophenewas1％(volume)andthereactiontimeWas20minutes，theCNTs、vitIlsingle—walledandmulti—walledwereprepared．Thediame