Физико-химические свойства функционализированных многостенных углеродных нанотрубок

• Автор: Кирикова, Марина Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Введение

1. Обзор литературы

1.1. Строение углеродных нанотрубок

1.2. Способы получения и механизм роста УНТ

1.3. Методы очистки УНТ.

1.3.1. Очистка от аморфного углерода и способы контроля его содержания в

образцах УНТ

1.3.2. Очистка от примесей металла и способы контроля их содержания в образцах

1.3.3. Физические и физическохимичсскпе методы очистки и разделения нанотрубок

по размерам.

1.4. Модифицикация и функционализация нанотрубок

1.4.1. Ковалентная функционализация поверхности УНТ
1.4.2. Иековалентная модификация УНТ.
1.5. Применение УНТ.
1.5.1. Напотрубки в биохимии и медицине
1.5.2. Нанотрубки в химии полимеров
1.5.3. Нанотрубки в катализе.
2. Экспериментальная часть
2.1. Исходные вещества
2.2. Методы исследования
2.3. Очистка МУНГ от аморфизованных примесей углерода
2.4. Очистка МУНТ от примесей металла и модификация кислородсодержащими
группами
2.5. Титрование окисленных МУНТ.
2.6. Получение функционализироваипых различными группами МУНТ.
2.7. Получение пленок композитов полимеров с МУНТ.
2.8. Стабилизация наноразмерных частиц никеля на окисленных конических МУНТ и
изучение каталитической активности полученных материалов.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Метод синтеза и характеристики исходных МУНТ.
3.2. Очистка и модификация поверхности МУНТ.
3.2.1. Очистка от примесей аморфного углерода
3.2.2. Очистка от наночастиц металла.
3.2.3. Модификация поверхности МУПТ кислородсодержащими группами и
определение степени функциопалпзации
3.2.4. Определение степени функционализацни ц и к МУНТ, обработанных
различными окислителями.
3.2.5. Влияние кислотной обработки на морфологию нанотрубок
3.2.6. Влияние условий кислотной обработки на степень функционализацни
3.3. Термохимические свойства многосменных цилиндрических и конических нанотрубок
3.4. Функционализация конических МУНТ органическими аминами
3.4.1. Функционализация конических МУНТ нгексиламином и изадрином.
3.4.2. Функционализация конических МУНТ Мбензилморфолином и дитнлином.
3.5. Функционализация МУНТ углеводородными группами и получение композитов с полимерами.
3.5.1. Анализ структуры конических МУНТ, функционализированных алкильными группами.
3.5.2. Анализ структуры конических и цилиндрических МУНТ,
функционализированных аллильными группами.
3.5.3. Получение композитов поликарбоната и иолиметилметакрилата с МУНТ
3.5.3.1. Исследование композитов МУНТ поликарбонат
3.5.3.1. Исследование композитов МУНТ полимстилметакрилат.
3.6. Стабилизация наноразмерных частиц металла на окисленных конических МУНТ для использования в катализе.
3.6.1. Характеристики полученных материалов.
3.6.2. Исследование каталитических свойств полученных материалов
4. Выводы
5. Литература.
6. Приложения.
Введение


При более низких температурах до С преимущественно окисляется аморфный углерод, в то время как окисление самих нанотрубок с заметной скоростью начинает идти при более высоких С температурах . С , . При этом наночастицы с богатой дефектами структурой окисляются в большей степени, чем относительно совершенные нанотрубки. В целом условия отжига варьируются в зависимости от типа и качества УНТ, степени их загрязненности. Для визуальной оценки чистоты образцов УНТ широко используются методы электронной микроскопии , . Например, в работе описана обработка образцов ОУНТ газообразным кислородом при температуре 0С в течение различного времени от 1 до 5 мин Степень очистки УНТ оценивали с помощью сканирующей электронной микроскопии и показали заметное уменьшение содержания аморфнзированных углеродных частиц в образце рис. Таблица 1. Рис. Микрофотографии, зафиксированные методом СЭМ, а исходного образца УНТ, б после обработки кислородом при 0С в течение 1 мин. Однако электронные микрофотографии дают только оценочную картину степени очистки УНТ от аморфного углерода. Для количественного анализа необходимо привлечение дополнительных методов исследования. Так, в работе представлена зависимость удельной поверхности образцов от температуры обработки кислородом табл. Четко видна зависимость увеличения площади поверхности с увеличением температуры отжига до 0С, что авторы объясняют выгоранием аморфного углерода и уменьшением агломерации нанотрубок. Дополнительным свидетельством выгорания аморфного углерода является увеличение объема микропор с повышением температуры обработки. Однако при температуре 0С удельная поверхность и объем микропор резко падают, что связано с окислением самих трубок при этой температуре. Исследовать влияние термической обработки кислородом воздуха на морфологию и чистоту УНТ можно также с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния , . УНТ, как и кристаллический графит, демонстрируют наличие характерного впика в области см1, обусловленного тангенциальными вдоль оси трубки СС колебаниями. Без обрки 1, ,
0 6,
0 5, 7,
ШССШНОСЬ, I сд. Также для них характерен уширенный пик с максимумом в области см1, наблюдающийся у углей и обусловленный асимметричными колебаниями углеродных связей в местах дефектов на УНТ и в примесях аморфного углерода . Полагая, что количество дефектов в структуре УНТ не меняется в результате термической обработки, по изменению отношения интенсивностей и линий которое в дальнейшем будет обозначаться спектрах исходного и очищенного образцов можно судить о степени удаления аморфного углерода. На рис. МУНТ кислородом воздуха при температуре 0С . Как следует из представленных в работе спектров, происходит уменьшение интенсивности линии и одновременное увеличениеинтенсивности линии, в результате чего отношение интенсивностей резко увеличивается. По мнению авторов работы, это свидетельствует о том, что из образцов удаляется аморфный углерод. Рис. КР УНТ 1 до и 2 после термообработки кислородом воздуха при 0С , б ТГкривые МУНТ, зафиксированные в изотермическом режиме при разных температурах , в ТГапалпз МУНТ в атмосфере воздуха . Несмотря на то, что скорость взаимодействия УНТ с кислородом меньше, чем аморфного углерода, при термообработке вес же происходит их частичное окисление. Известно, что реакционная способность различна для пентагональних, гскса и гегггагональных углеродных циклов. Наиболее устойчивыми из них являются шестичленные, поэтому окисление УНТ в первую очередь происходит на концах, образованных не только шести, но и пятичленными кольцами, а уже затем затрагивает боковые стенки, образованные гексагональными циклами. В работе также описывается уменьшение интенсивности линии в спектрах КР при увеличении температуры отжига ДСУНТ на воздухе, причем вплоть до полного исчезновения пика. В случае если МУНТ сильно дефектны, интенсивность линии после термической обработки может измениться незначительно, тем не мснсс, величина при этом будет претерпевать изменения за счет увеличения интенсивности линии .