碳納米管表面化學結構對其電化學性能的影響.pdf

1、碳納米管(CNT)自1991年被發現以來，因其獨特的力學、電子特性及化學穩定性，成為世界范圍內的研究熱點之一。由于它較高的導電性和獨特的表面結構，因而它是一種良好的電極材料。研究表明碳納米管電極表面生物分子的電化學氧化還原反應具有快電子傳遞速率，因而是一種潛在的生物傳感器材料；并且碳納米管因其良好導電性和較大比表面積被認為是很有前途的電化學電容器電極材料。本論文主要開展了碳納米管表面化學結構對其電化學性能的影響，重點研究了碳納米管表面化

2、學結構對其基本電極性能和電化學電容性能的影響。
　　我們通過高分辨透射電鏡、拉曼光譜、XPS證明電化學氧化使得單壁碳納米管表面的缺陷和含氧官能團均增加。本文用Fe(CN)64-/3-的電化學氧化還原反應來研究碳納米管基本電極性能。主要考察循環伏安曲線上的氧化還原峰的電位差（記為ΔEp）。根據實驗中氧化后碳管的ΔEp<59 mV和理論知識推測該電極反應由擴散和吸附共同控制，這里的吸附屬于反應物弱吸附。運用傅立葉紅外光譜證明了碳管對F

3、e(CN)64-有吸附作用，并證實了經過電化學循環伏安氧化80個循環的單壁碳納米管的吸附性比氧化前的強；在空氣中活化的多壁碳納米管的吸附性比石墨化的多壁碳納米管強。實驗還表明吸附量與K4Fe(CN)6的濃度成正比。為了研究電化學氧化后碳管的ΔEp值減小的因素，我們將碳管表面的>C-O或>C=O鍵還原為>C-H鍵。得到ΔEp值降低的原因是碳管表面的缺陷，而非一些資料上所提到的含氧官能團因素，并用多壁碳納米管進行了驗證。所以引起ΔEp值減小

4、的因素是碳管表面缺陷的增加，而這是由于缺陷的增加使得碳管的吸附量增加導致的。
　　用電化學氧化的方法分別在KOH溶液和KCl溶液中氧化，多壁碳納米管表面分別形成>C-O或>C=O鍵和>C-Cl鍵。實驗中發現在一定的時間內電化學容量分別隨著>C-O或>C=O鍵和>C-Cl鍵的量的增加而增加。并得出碳管表面>C-Cl鍵對其電化學容量的增加影響更大，容量增加了4.22倍。而且含有>C-Cl鍵的碳管的自放電變化率比含>C-O或>C=O鍵的