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搞要：本实验将制备所得的氮参杂的碳纳米笼样品与无参杂的碳纳米笼样品，通过不同成分酸进行活化处理；并利用红外光谱研究了表面改性的效果；得到以下结论：1. 参杂的碳纳米笼样品经活化后，具有更佳的表面改性效果，样品有无参杂是表面改性的决定性因素；2. 氮参杂后的碳纳米笼样品活化过程中，纯硝酸较纯盐酸具有更强的氧化性，也使得样品表面含氧官能团增强；3. 氮参杂后的碳纳米笼样品活化过程中，混酸与纯硝酸相比活化效果相近，在工艺上并无改进。20242
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毕业论文关键词：碳纳米笼；酸洗；表面改性；红外光谱。
Surface functionalization of graphitic nanocages
Abstract：
In our experimental, carbon nanocage samples with and without nitrogen-doping were treated with different acids for functionalization of carbon nanocages and the results of the functionalization were characterized by infrared spectroscopy. The results were listed as follows: 1. the N-doped carbon nanocages were easier functionalized by acids than carbon nanocage samples without N-doping, indicating doping was the key to the functionalization; 2. in the functionalization of N-doped carbon nanocages, nitric acid treatment more efficiently oxidized the nanocages than hydrochloric acid treatment leading to functional groups containing oxygen in the nitric acid treated sample; 3. in the functionalization of N-doped carbon nanocages, there is no difference between nitric acid treatment and mixed acid treatment.
Keywords: Carbon nanocages, Acid treatment, Surface modification, Infrared spectroscopy
1.文献综述 3
1.1 新型碳纳米材料的发展 3
1.1.1 碳的同素异形体 3
1.1.2碳纳米管 4
1.1.3 碳纳米笼 5
1.1.4碳包覆金属纳米粒子的制备 5
1.2空心碳纳米笼的制备 6
1.2.1碳纳米笼高比面积概述 6
1.2.2 碳包铁纳米颗粒的形成机理 6
1.3 碳纳米材料的应用前景 6
1.4酸洗作用概述 9
1.5 本课题研究意义 9
2.实验过程 11
2.1实验原料与装置： 11
2.1.1 实验原料 11
2.1.2实验仪器及样品 11
2.1.3活化装置 11
2.2 多孔壁碳纳米笼的活化 12
2.2.1 多孔壁碳纳米笼的制备 12
2.2.2 多孔壁纳米笼表面的盐酸活化 12
2.2.3 多孔壁碳纳米笼表面的硝酸活化 12
2.2.4 掺杂多孔壁碳纳米笼的盐酸活化 13
2.3 多孔壁碳纳米笼的活化表征 13
2.3.1红外检测 13
2.3.2透射电镜（Transmission electron microscopy, TEM） 13
3. 结果与讨论 14
3.1碳纳米笼原始样品 14
3.2 碳纳米笼活化的效果 15
3.2.1无参杂碳纳米笼活化的效果 15
3.2.2 氮参杂碳纳米笼活化的效果 17
3.3 参杂对碳纳米笼活化的影响： 20
4.结论： 22
5.致谢： 22
6.参考文献： 23
1.文献综述
纳米材料按其结构可以分为 3 类。具有原子团簇和纳米微粒的称之为零文纳米材料[1-12]；晶粒大小在两个方向在纳米范围内的称之为一文纳米材料；具有纳米尺寸的称之为二文纳米材料以及各种形式的复合材料。按化学组成，可分为纳米金属、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料，按照材料物性可分为纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储氢磁性材料等。纳米微粒具有大的比表面积、表面原子数，表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特点，从而导致纳米微粒的热、磁、光、电特性和表面稳定性等不同于正常离子，这就使得它具有广阔的应用前景。金属与碳的相互作用可以追溯到人们开始利用金属的铁器时代，实际上那只是简单地利用了碳的还原性。现代炼钢技术则可以通过含碳量的调节来控制钢的显微结构，从而获得不同物理化学性质的材料，满足不同领域的需要；采用机械混合的方法也可以制得Fe-C合金材料。但从分散相连续相的观点来看，这些材料中，作为基体的是金属，碳质只是作为分散相分散其中。我们在本文中要讨论的是碳基材料，即碳质作为连续相，而金属作为分散相的材料。自 1993 年美国Rouff 研究小组成功合成出碳包覆La 纳米材料后，十多年来，碳包覆金属纳米材料(Carbon encapsulated metal nanomaterials, M@C)及其相关的科学得到了飞速发展。作为一种新型的金属－碳复合纳米材料，其制备、性能与应用的研究已成为碳科学与材料科学领域的研究热点。而将碳包覆金属纳米材料中的金属去除后就得到另一种纳米材料－碳纳米笼(Carbon nanocages，CNC)。起初，碳纳米笼是作为碳纳米管制备过程中的副产物而得到的，因为这种独特的空心纳米结构可能具有独特的物理化学性质，许多研究者开展了关于空心碳纳米笼制备与应用的研究。本文主要还是先制备碳包覆金属纳米材料，然后去除金属来得到碳纳米笼。