聚嘧啶控制单壁碳纳米管大小及其复合物的光、电性能研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51763021
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
38.0万
负责人：
希尔艾力·买买提依明
依托单位：
新疆大学
学科分类：
E0310.其他有机高分子功能材料
结题年份：
2021
批准年份：
2017
项目状态：
已结题
起止时间：
2018-01-01 至2021-12-31

项目参与者：
陈楠楠；李志伟；约麦尔江·麦麦提；娜孜尔木·东木拉提；
关键词：
碳纳米管聚嘧啶大小控制复合物释放

项目摘要

A process for controlling the size of SWCNTs bundles is achieved by combining various centrifugation speeds with polypyrimidine’s properties of dispersing and releasing SWCNTs upon acid treatment. In particular, the SWCNTs hybrids wrapped by polypyrimidine are first sperated into different size by centrifugating at various speeds. Then, these size-selected hybrids are treated with H2SO4 (98%) to release free SWCNTs from hybrids, meanwhile the polymer is collected for reuse. The purity of the released size-controlled SWCNTs is found to be higher than the commercial SWCNTs. The simple synthetic procedure of the polymer, the low cost of H2SO4 and low centrifugation speed allow the process of size-controlled SWCNTs sorting to more practical applications and industrial scaling up.

聚嘧啶 / SWCNTs复合物在四氢呋喃溶液中具有非常好的分散性。可以通过不同的离心速度，控制此复合物的大小。当大此复合物溶液遇浓硫酸（98％）时，释放出大小可控的纯碳纳米管（束）。所释放的尺寸可控的的SWCNTs通过其它聚合物复合，可以制备比表面积可控的复合物。通过调整比表面积，可以有效的控制复合物的光、电性能。被释放的SWCNTs的纯度高于原料。此过程中，聚合物可以被收集，通过碱中和后可以继续重复使用，有利于降低实验成本。聚合物通过一步反应合成，步骤简单，成本低，可以重复使用，离心速度不高，容易制备比表面积可控的 SWCNTs及其复合物。此方法具有一定的实际工业应用价值。

结项摘要

研究了一种用离心的方法控制聚合物/碳纳米管复合物的尺寸，改善燃料电池催化剂电化学性能的有效的方法，当复合材料的尺寸控制在离心力18 g时，催化剂具有良好的催化性能。用该方法挑选出的尺寸适量的碳纳米管复合物用在PANI / CNT / Pt中，发现该方法制备的催化剂的ECSA相比没有控制尺寸的碳纳米管作为支撑材料的催化剂提高了约两倍。在惰性气体下高温碳化生活中成本低的可碳化材料，用聚苯胺包覆作为燃料电池催化剂支撑材料。发现在该支撑材料上沉积Pt颗粒制备催化剂后发现Pt颗粒以小粒径存在并有好的催化性能。这将说明这些材料具有作为催化剂支撑材料的潜能。通过共聚物改性的CNT上沉积铂颗粒来制备燃料电池催化剂。研究作为支撑材料的碳纳米管表面的聚合物对催化性能的影响，发现催化剂的活性位点和催化性能受到作为催化载体的碳纳米管上共聚物的显著影响。用二元复合物作为支撑材料时，催化剂的稳定性明显提高。比较后发现用聚苯胺包覆的复合物作为支撑材料时，催化效果高于用聚噻吩作为支撑材料的催化效果，这可能是由于聚苯胺相比聚噻吩能有效改变Pt的f电子层电子云密度，这样催化剂对甲醇的氧化以及氧还原都会表现出较好的电催化性能。这结果为以后研究二元复合物作为催化剂载体时选择聚苯胺提供了有效的基础。这项工作为设计具有成本效益的杂原子共掺杂生物质炭材料提供了思路。为了控制尺寸当碳纳米管/聚合物复合材料溶液高速离心时（速度超过9000rpm），上清液中得到小尺寸半导体性碳纳米管/聚合物复合材料。为了深入研究对半导体性碳纳米管控制（选择），制备了聚[4, 6-嘧啶-共-2,7-(9,9-二辛基)芴]，聚[4,6-嘧啶-共-2,7-9 (1-辛基壬基)咔唑]和聚[4, 6-嘧啶-共-1,4-二乙炔基(2, 5-双(十二烷氧基))苯]等近10几种共聚物。研究了系列用于选择sc-SWCNTs的芴基新型嘧啶类共聚物。用三氟乙酸将纯化后的sc-SWCNTs从复合物中释放出来，通过与释放前polymer/SWCNTs复合物场效应晶体管性能对比，实现了提高sc-SWCNTs性能的目的。结合电子密度泛理论 (DFT) 计算和分子动力学 (MD) 模拟，发现富电子聚合物体系更有助于选择sc-SWCNTs，侧链烷基有利于聚合物快速包裹在SWCNTs管壁。这为设计能选择sc-SWCNTs的聚合物分子结构提供了可靠的理论依据。