《基於層間限域反應可控制備超短碳納米管及其性能研究》是依託北京化工大學，由楊文勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於層間限域反應可控制備超短碳納米管及其性能研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊文勝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管的性能與其結構密切相關，實現碳納米管長度、層數、直徑和手性的可控制備是調控碳納米管性能、實現其更廣泛套用的關鍵，具有重要的科學意義和套用價值。在已取得的初步研究結果基礎上，本項目擬利用層狀雙羥基複合金屬氧化物(LDHs)構建層間限域空間，基於層間限域催化碳化反應製備超短碳納米管，研究層間限域生長碳納米管的機理及影響因素，進而實現具有特定長度、層數、直徑及手性特徵的超短碳納米管的可控制備。研究探討長度降至分子尺度(～1 nm)的超短碳納米管的獨特性質及其在電化學儲能、螢光分析檢測等領域的套用，揭示超短碳納米管結構與性能間的關係規律。本項目的立項和實施，一方面有望建立一條簡單、有效、可控制備超短碳納米管的新方法，另一方面，也將使我們對限域環境下的化學反應特點及材料生長規律獲得深層次的理解和認識，為在限域環境下製備納米功能材料提供理論依據。
結題摘要
碳納米管、石墨烯等新型碳納米材料以其獨特而優良的性能在新能源領域展現出廣闊套用前景，可控制備此類新型碳納米材料是進一步提升其套用性能、促進其實際套用的重要途徑。基於限域反應可控制備納米材料是國際納米科技的前沿領域，日益引起人們的關注，但基於限域反應製備新型碳納米材料及其複合材料尚鮮有報導。 本項目利用層狀雙羥基複合金屬氧化物(LDHs)構建層間限域空間並基於層間限域催化碳化反應製備超短碳納米管，系統研究了層間限域生長碳納米管的機理，分析並掌握了影響碳納米管長度、直徑、層數等結構參數的關鍵因素及規律，獲得了長度～1 nm的超短碳納米管，開發了可控制備超短碳納米管的新方法；將超短碳納米管用於鋰離子電池負極，表現出高達1263 mAh/g的比容量及優異的倍率性能及循環穩定性，結合高分辨透射電鏡，對超短碳納米管脫嵌鋰機制有了更明確認識；螢光測試表明，超短碳納米管具有獨特的雙波長螢光特性，初步分析與超短碳納米管在徑向及軸向兩個維度的量子效應有關，為超短碳納米管在螢光分析檢測領域的套用奠定了基礎。進一步將層間限域反應原理和方法套用於石墨烯（碳納米片）基材料的可控制備，通過調變LDHs層板元素組成、層間客體類型及焙燒硫化工藝，獲得了硫氮共摻雜碳納米片、鈷氮共摻雜空心碳球，單分散硫化鈷/氮摻雜空心碳球，硫化鈷/氮摻雜碳納米花等系列新型納米材料。其中，硫氮共摻雜碳納米片作為鋰離子電池負極表現出高達2240 mAh/g的比容量及優異的循環穩定性(500周容量保持率96.6%)；鈷氮共摻雜空心碳球則表現出很高的氧還原催化活性。 本項目建立了基於層間限域反應製備新型碳納米材料及其複合材料的新方法，通過申請中國及國際專利初步形成自主智慧財產權；本項目也使我們對層間限域環境下的化學反應特點及材料生長規律有了更深入的理解和認識，豐富和完善了基於限域反應製備納米材料理論。
