【摘 要】
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纳米管材料因其独特的一维管状结构、优异的物理化学性能以及广泛的应用前景,是目前化学、材料科学、微电子等诸多研究领域的热点。其中氧化物纳米管因为种类丰富、组成可调变,具有十分重要的工业应用价值,近年来备受关注。迄今为止,尽管已经有很多关于氧化物纳米管制备的报道,但存在的问题主要是制备方法通用性较差,一般只适用于实验室规模合成,难以进行大批量生产,影响了其实际工业应用。本文致力于发展大批量制备氧化物纳
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纳米管材料因其独特的一维管状结构、优异的物理化学性能以及广泛的应用前景,是目前化学、材料科学、微电子等诸多研究领域的热点。其中氧化物纳米管因为种类丰富、组成可调变,具有十分重要的工业应用价值,近年来备受关注。迄今为止,尽管已经有很多关于氧化物纳米管制备的报道,但存在的问题主要是制备方法通用性较差,一般只适用于实验室规模合成,难以进行大批量生产,影响了其实际工业应用。本文致力于发展大批量制备氧化物纳米管的方法及其实际应用探索,主要发展了球磨插层、水热转化和离子交换等方法大批量制备高岭土纳米管、Mg（OH）2纳米管和Ni（OH）2纳米管,并通过多种手段对样品进行了分析表征,对高岭土纳米管和Ni（OH）2纳米管的催化及储能应用进行了初步探索,主要工作内容总结如下:（1）高岭土纳米管的湿法球磨批量制备及其催化应用:发展了一种高效的插层和接枝方法——湿法球磨,以普通片状高岭土（MM高岭土）为原料成功制备出高岭土纳米管,该方法简单高效,适宜于大规模批量生产。经过对时间、浓度等合成条件的优化,发现在优化制备参数条件下,MM高岭土经路线NJU-3制备出的纳米管产率最高,可以有效促使其中大部分高岭土纳米片转变为纳米管,使原料中纳米管的比例从基本没有提升到70-80%,纳米管外径为20-50 nm,内径为10-40 nm,长度在几百纳米到几微米之间,孔容为0.44 cm~3/g,比表面积可达96 m~2/g。高岭土纳米管经600°C焙烧后仍保持纳米管结构,具有良好的热稳定性。研究发现高能球磨主要加速了插层与接枝过程,显著提升了插层率,大大缩短了反应时间,在此基础上提出了湿法球磨促使片状高岭土卷曲形成高岭土纳米管的合成机理。最后对MM高岭土和制备的高岭土纳米管在催化裂化大港轻柴油反应中的微反活性进行了对比研究,结果表明高岭土纳米管的催化裂化活性比原土提高27.9%,显示出高岭土纳米管很好的工业应用前景。（2）Mg（OH）2纳米管的水热合成及表征:发展了一种从普通Mg O粉体碱液水热直接制备Mg（OH）2纳米管的方法。从普通的Mg O粉体出发,通过200°C 48 h的碱液水热条件直接制备出Mg（OH）2纳米管。该方法原料价低易得,制备过程简单、成本较低,适合大规模制备。制得的Mg（OH）2纳米管外径为20-60 nm,内径为6-10 nm,长度约为几百纳米到1μm,孔容为0.13 cm~3/g,比表面积为25 m~2/g。可大批量制备的Mg（OH）2纳米管在催化、吸附、阻燃等领域具有很好的应用前景。（3）Ni（OH）2纳米管的离子交换法制备及其超级电容器性能:发展了以Mg（OH）2纳米管为原料,通过离子交换合成Ni（OH）2纳米管的制备路线。通过Mg（OH）2纳米管与Ni2+在室温条件下进行离子交换,获得Ni（OH）2纳米管或Ni（OH）2复合纳米管,方法简单、高效,可大规模制备。产物的形貌及尺寸结构等表征发现Ni（OH）2纳米管管径分布和大小与Mg（OH）2纳米管原料相近。最后对其超级电容器性能进行初步研究,以Ni（OH）2计的比电容为2197 F·g-1,显示出较好的超级电容器应用潜力。
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