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介绍一种新型碳纳米杂化复合结构(Carbon)

已有 4533 次阅读 2013-6-4 10:05 |系统分类:论文交流

化学气相沉积直接合成富勒烯插层多孔碳纳米纤维

Direct synthesis of fullerene-intercalated porous carbon nanofibers by chemical vapor deposition

Carbon 2012, 50, 5162

碳具有sp3和sp2两种杂化方式，通过不同的杂化方式，碳可以呈现出多种同素异形结构，如金刚石、富勒烯、碳纳米管（CNTs）等。不同形貌的同素异形体表现出迥异的物理化学性能。将不同形貌的同素异形体进行杂化合成具有更优或全新性能的新型功能纳米材料成为近年来研究的热点。但遗憾的是，目前采用的杂化工艺均具有效率低、成本高、污染重等缺点。开发绿色高效的合成途径仍然是目前科学家们追求的目标。

本文提出了一种简单易行且低成本的一步合成工艺，即通过化学气相沉积法利用Fe/Y催化剂直接合成富勒烯（含内嵌金属富勒烯）插层多孔碳纳米纤维（pCNFs）。电镜及拉曼光谱分析表明富勒烯插入了pCNFs石墨层间隙中，而不是附着在其表面。通过研究催化剂在富勒烯插层pCNFs生长过程中的演化行为，提出了一种新的富勒烯和pCNFs的生长机制，即复合催化剂中的Fe催化分解C₂H₂气体，Y作为形核位点合成富勒烯；当复合催化剂中的碳达到饱和后会沿一定的晶向析出CNFs。同时，富勒烯随着CNFs一起析出，由于富勒烯的插入作用， CNFs石墨层的析出方向会发生扭曲，绕过富勒烯后，CNFs析出方向恢复或永久扭转，从而形成无规则纳米多孔结构。这一新型杂化结构相较于CNTs和活性碳等将具有更高的有效比表面积和石墨化程度，将会在能量存储/转换、催化剂、传感器等方面具有广阔的应用前景。