無機合成制備化學論文

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1、無機合成及制備化學論文題目：碳納米管的合成及應用6摘要：材料化學是一門快速發(fā)展的交叉性和前沿性學科，有機的融合了化學和材料兩個一級學科的發(fā)展優(yōu)勢。材料化學在深刻認識材料的結構和性能關系的基礎上，探索與新材料發(fā)展相適應的化學合成新方法和新技術，設計并合成具有優(yōu)異功能和結構特征的新型材料。碳是一種常見的非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族，以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳單質很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。碳能通過化學反應自我結合而形成大量化合物，這些化合物很多都是生物和工業(yè)的重要分子。文章主要介紹碳結構的多樣性、碳在納米領域的制備和應

2、用、碳的各種同素異形體以及在化學反應中的作用。關鍵詞：碳納米管、場效應晶體管、催化劑載體、電子效應、化學氣相沉積、共軛體系、電弧放電法。正文：碳單質可以以多種形式存在，自然界中最常見的兩種單質是高硬度的金剛石和柔軟的石墨，它們的晶體結構和鍵型都不同。金剛石每個碳都是四面體4配位；石墨每個碳都是三角形3配位，可以看做是無限個苯環(huán)稠合起來。納米材料以及納米結構是當今新材料研究領域中最為核心、最接近應用的部分。在近年取得成果中，納米材料尤為突出，碳納米管以及石墨烯是其中的典型代表【1】。由于它們具有很多優(yōu)異而獨特的光學、電學和機械性質，呈現(xiàn)出廣泛地應用前景，因此成為國際上眾多科學家關

3、注和研究的前沿熱點。同時，由于碳材料的優(yōu)越性，運用碳材料中的微觀結構制作的納米分子器件和納米電路已成為科學家的重點研究對象。掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的出現(xiàn)，使得人們可以俘獲和放置、排列特定的單一碳原子或者碳納米結構，構建出特定的納米器件。因此，納米材料在未來大有可為。1.1碳納米管1991年，日本電子公司的Iijima[2]用高分辨率電子顯微鏡仔細研究了用電弧蒸發(fā)產出的富勒烯副產物炭黑，初期的研究結果令人失望，從電弧蒸發(fā)箱的壁上收集到的炭黑幾乎全部是無定型碳，很少帶有明顯的、長程的結構。后來，他放棄從這類炭黑中的篩選，轉而考察電弧蒸發(fā)后在石墨陰極上形成的硬質沉淀物，在高分辨

4、電鏡下觀察時發(fā)現(xiàn)，陰極炭黑中含有針狀物，其直徑為4～30nm、長約1000nm、由2～50個同心管構成。后來被稱為納米管材料，也揭開了近年來關于納米材料研究的序幕。1.2碳納米管的應用碳納米管是由碳原子形成的石墨片層卷成的無縫、中空的管體。一般可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。由于碳納米管的直徑很小、長徑比大，故可視為一維納米材料。理論預測和實驗研究都發(fā)現(xiàn)碳納米管具有獨特的電學性能，可用于制作晶體管等納米電子器件。主要用途有一下幾點：（1）超級電容器碳納米管用作雙點層電容器電極材料。雙電層電容器既可以用作電容器也可以作為一種能量存儲裝置。超級電容器可大電流充放電，幾乎沒有充放電

5、過6電壓，循環(huán)壽命可達上萬次，工作溫度范圍很寬。雙層點容器在聲頻、視頻設備、調諧器、電話機和傳真機等通信設備及各種家用電器中均可得到廣泛地應用。作為雙電層電容器的電極材料，要求該材料結晶度高、導電性好、比表面積大，微孔大小集中在一定的范圍內。而目前一般用多孔炭作電極材料，不但微孔分布寬，而且結晶度低、導電性差，導致容量小。沒有合適的電極材料是限制雙層電容器在更廣范圍內應用的一個重要原因。碳納米管比表面積大、結晶度高、導電性好，微孔大小可以通過合成工藝加以控制，因而是一種理想的雙電層電容器電極材料。（1）能源方面的應用碳納米管也可被用作鋰離子電池的負極材料。碳納米管的層間距為0.

6、34nm，略大于石墨的層間距0.335nm，這有利于Li+的嵌入與遷出，它特殊的圓筒狀構型不僅可使Li+從外壁和內壁兩方面嵌入，又可以防止因溶劑化Li+嵌入引起的石墨層剝離而造成負極材料的損壞。碳納米管參雜石墨時可提高石墨負極的導電性，消除極化。（3）場發(fā)射管在硅片上鍍上催化劑，在特定條件下使碳納米管在硅片上垂直生長形成陣列式結構，用于制造超高清晰度平板顯示器，清晰度可大數(shù)萬線。同時也可使碳納米管在鎳、鈦、鉻、鎢、玻璃、石墨等材料上形成陣列式結構，制造各種用途的場發(fā)射管。（4）信息存儲碳納米管作為信息寫入及讀出探頭，其信息寫入及讀出點可達1.3nm，（當存儲信號的斑點為10nm

7、時，其存儲密度為1012bits/cm2,稱其為超高密度，比目前市場上的產品高4個數(shù)量級），該技術將會給信息存儲帶來革命性進步。（5）催化劑載體碳納米管材料比表面積大，表面原子比率大，使體系的電子結構和晶體結構明顯改變，表現(xiàn)出特殊的電子效應和表面效應，如氣體通過碳納米管的擴散速度為常規(guī)催化劑顆粒的上千倍，負載催化劑后可以極大提高催化劑的活性和選擇性，使其在加氫、脫氫和選擇催化的反應中具有很大的應用潛力。（6）生物醫(yī)學應用碳納米管在生物醫(yī)學應用方面的關鍵優(yōu)勢之一是它你們可以很容易的被細胞內吞，