碳纳米管-银纳米复合材料的制备及性能研究

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1、分类号：单位代码：10140密级：公开学号：4031531775硕士学位论文中文题目：碳纳米管/银纳米复合材料的制备及性能研究CarbonNanotubes/AgNanocomposites：英文题目：PreparationandApplication论文作者：徐萌指导教师：夏立新教授专业：分析化学完成时间：二○一八年五月申请辽宁大学硕士学位论文碳纳米管/银纳米复合材料的制备及性能研究CarbonNanotubes/AgNanocomposites：PreparationandApplication作者：徐萌指导教师：夏立新教授专业：分析化学答辩日期：2018年5月30日二○

2、一八年五月·中国辽宁摘要碳纳米管（CNTs）材料由于具有独特的中空管状结构以及特殊的物理化学特性被广泛应用于催化、抑菌、传感器等领域。近年来，通过利用CNTs独特的孔道限域作用，将金属纳米粒子组装到碳纳米管的孔道内部，进而研究孔道限域体系中金属纳米粒子的性能受到国内外广泛的关注。但是，如何将金属纳米粒子完全组装到CNTs管腔内部依旧是一个挑战性的课题。本论文以安全、高效、绿色制备理念为出发点，建立了一种简单高效的方法将银纳米粒子（Ag-NPs）组装到CNTs的管腔内部，同时对制备的Ag-NPs@CNTs纳米复合材料在催化降解对硝基苯酚和抑菌性能进行了系统的研究。主要研究包括以

3、下三个方面：（1）建立了一种简单高效的葡萄糖原位法制备CNTs组装的Ag纳米粒子复合材料Ag-NPs@CNTs。以CNTs为载体，硝酸银（AgNO3）为金属前驱体，葡萄糖作为还原剂与保护剂，借助于传统的等体积浸渍，在室温条件下制备Ag-NPs@CNTs。利用TEM、HRTEM、STEM、XRD等表征手段对其形貌、结构进行表征。研究结果表明，利用该方法制备的Ag-NPs@CNTs纳米复合材料，银纳米粒子尺寸均一、高度分散并且Ag纳米粒子均匀的组装在CNTs管腔内部。（2）成功将该方法拓展到其它的纳米碳，例如：石墨烯（GO），活性炭（AC）负载银纳米复合材料的制备，系统研究了多种

4、纳米碳负载银复合材料降解对硝基苯酚的性能。首先，考察了孔道内外银纳米粒子降解对硝基苯酚的催化性能，发现降解性能如下：Ag-NPs@CNTs>Ag-NPs/CNTs。其次，考察不同纳米碳材料（碳纳米管、石墨烯、商业活性炭）负载的银催化材料的催化性能，结果表明降解性能大小：Ag-NPs@CNTs>Ag-NPs@GO>Ag-NPs@AC。再次，考察不同Ag担载量的Ag-NPs@CNTs纳米复合材料的催化性能，结果表明：银纳米粒子担载量为4wt%时，Ag-NPs@CNTs具有良好的降解时间与降解率；当银纳米粒子的担载量继续增加时，降解效果没有明显增加。最后，考察不同浓度的Ag-NPs

5、@CNTs纳米复合材料的催化性能，结果表明：7.14×10-3mg/mLAg-NPs@CNTs>4.54×10-3mg/mLAg-NPs@CNTs>3.12×10-3mg/mLAg-NPs@CNTs>1.61×10-3mg/mLAg-NPs@CNTs，主要原因：葡萄糖原位法制备的Ag-NPs粒径大小均一，高度分散在CNTs管腔内部，同时CNTs表面的石I墨化结构，有助于反应物的吸附到CNTs表面，从而提高了降解效果。（3）系统研究了CNTs、GO、AC负载银纳米复合材料对大肠杆菌的抑菌性能。考察葡萄糖原位法制备的Ag-NPs@CNTs与传统浸渍法制备的Ag-NPs/CNTs以

6、及用未经酸处理的CNTs制备的Ag-NPs@CNTs(untreated)的抑菌性能，结果表明：Ag-NPs@CNTs>Ag-NPs/CNTs>Ag-NPs@CNTs(untreated)。考察不同的银纳米碳复合材料的抑菌性能，结果表明Ag-NPs@CNTs>Ag-NPs@AC>Ag-NPs/AC>Ag-NPs/CNTs>Ag-NPs@GO=Ag-NPs/GO。考察不同Ag担载量的Ag-NPs@CNTs的抑菌性能，结果表明：1wt%Ag-NPs@CNTs<2wt%Ag-NPs@CNTs<4wt%Ag-NPs@CNTs>8wt%Ag-NPs@CNTs>10wt%Ag-NPs@C

7、NTs>20wt%Ag-NPs@CNTs。主要原因：CNTs表面的石墨化结构有助于对大肠杆菌的强吸附；同时组装在CNTs管腔内部的Ag-NPs的释放速度慢，保证抑菌的长久性；通过Ag-NPs和CNTs的相互协同作用，进而来增加Ag-NPs@CNTs对大肠杆菌生长的抑制。关键词：碳纳米管，银纳米粒子，组装体系，降解，抑菌IIABSTRACTCarbonnanotubes(CNTs)arewidelyusedincatalysis,antibacterial,sensorsandotherfieldsbec