《催化裂解製備超細單壁碳納米管及光學性能研究》是依託深圳大學，由翟劍龐擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：催化裂解製備超細單壁碳納米管及光學性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：翟劍龐
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著單壁碳納米管的直徑變小，強烈的曲面效應會將會引起σ* 和 π* 軌道的雜化，提高電子－聲子耦合，導致新的光學和電學性能的出現。同時，由於系統能量的增加，單壁碳納米管變得不穩定。利用AlPO4-11晶體為模板真空中高溫熱解處於亞納米孔道中的有機碳源分子是一種生長直徑均一、定向排列0.3nm（2，2）單壁碳納米管陳列的方法。但是，在真空高溫裂解過程中，碳源分子獲得動能，容易從孔道中逃逸出來，從而使在孔道中的碳納米管的質量和密度降低，影響光學及導電參數等物理性能的測試。本課題擬在此基礎上對AlPO4-11 晶格摻雜，引入質子酸位和帶有負電的晶格結構，提高晶體孔道對有機碳源的吸附性，以及在裂解碳源時起到催化作用；利用紫外雷射替代傳統高溫爐加熱源，探索紫外雷射催化裂解碳源的條件，深入研究提高（2，2）單壁碳納米管質量和在孔道中的連續性，測量其對光的偏振吸收、和發光等光學性能。
結題摘要
通過最佳化晶體合成條件，包括晶化溫度，晶化時間，矽鋁摩爾比，有機模板劑DPA含量以及HF含量，成功合成了完美的摻Si的AlPO4-11 (SAPO-11)單晶（40 × 80 × 180 µm3）；為了在沸石晶體孔道中合成高密度的單臂碳納米管，我們研究了在AlPO-11及SAPO-11各自晶體孔道中DPA模板劑的熱分解情況。研究發現相比與中性晶體， SAPO-11晶體孔道對DPA存在更為強的化學作用。從而在碳化過程中，有更多的碳氫有機分子存在於SAPO-11晶體孔道中。在矽摻雜的沸石晶體孔道中，碳化後形成的碳管密度更高。研究了在SAPO-11單晶孔道中形成的（2,2）單臂碳管的偏振吸收光譜。明顯的碳管吸收偏振性的存在揭示了偶極子沿著碳管方向有序排列。通過聯繫吸收光譜和第一性原理的理論計算，分別把2.22和2.74 eV吸收峰位置歸結為（2,2）單壁碳管的金屬性和半導體性。運用分子動力原理研究了摻入AlPO-11晶體一位橢圓孔道中碘的結構和動力學性質。模擬研究發現碘分子嚴格限制在AlPO-11晶體的（101）晶面並且只有兩個取向，分別是沿著孔道方向和沿著橢圓的主軸方向，以上模擬結果與實驗完全吻合。以二乙胺（DEA）為模板劑，通過兩步溫度法合成了大尺寸SAPO-47 沸石單晶。在一步溫度法中，SAPO-5 沸石晶體是極易出現的雜晶相，而在兩步溫度法中初始溫度160 °C條件下能夠成功抑制SAPO-5晶核的出現從而合成純的SAPO-47 沸石晶體。通過最佳化合成條件的各參數成功合成了完美的菱形六面體形貌的SAPO-47 大單晶（尺寸為230μm × 230μm）。通過物理擴散的方法成功將硒物質摻入到SAPO-47 沸石單晶籠中並對Se/CHA 進行偏振拉曼光譜和偏振光學吸收譜的檢測。檢測結果清晰的表明這些硒為硒的八元環結構（Se8）且是任意的嵌在SAPO-47單晶籠中。由於較小的籠的空間限制作用，Se8的光譜吸收峰發生了明顯的藍移現象。
