【摘 要】
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近年来,碳纳米管、石墨烯等纳米碳材料由于其优异的本征电学、力学性能受到了学术界的广泛关注.其在储能、电催化、传感器、电子器件等多个领域均存在巨大的应用潜力.但受限于分子间强范德华力的影响,无论是碳纳米管还是石墨烯均表现出易聚团或堆叠的倾向,这一点往往会阻碍其本征优异性能的表达和规模化应用.将碳纳米管插入石墨烯片层之间,构建三维纳米结构的碳纳米管石墨烯杂合物被认为是解决该问题的一个有效策略.这一三维
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近年来,碳纳米管、石墨烯等纳米碳材料由于其优异的本征电学、力学性能受到了学术界的广泛关注.其在储能、电催化、传感器、电子器件等多个领域均存在巨大的应用潜力.但受限于分子间强范德华力的影响,无论是碳纳米管还是石墨烯均表现出易聚团或堆叠的倾向,这一点往往会阻碍其本征优异性能的表达和规模化应用.将碳纳米管插入石墨烯片层之间,构建三维纳米结构的碳纳米管石墨烯杂合物被认为是解决该问题的一个有效策略.这一三维结构不仅可以综合碳纳米管和石墨烯的优势,且可以帮助其实现更好的分散,在机械储能、电池、电催化等领域已表现出良好的应用前景.目前构建这一杂合物三维结构的方法可分为后处理与原位生长两类.相比于后处理与混合的方式,以双功能催化剂为基础直接生长更为高效.但由于对该生长过程的反应机制和动力学的了解有限,该杂合物制备相关的过程优化与反应器设计仍有待探讨.基于此,本工作旨在以在线的热重质谱联用仪为工具,原位表征以层状双羟基复合金属氧化物为双功能催化剂的该杂合物生长过程,并根据其反应的动力学特征,实现对过程的进一步优化.实验表明,碳纳米管的生长速度较快,且集中在反应的初始阶段(0-90 秒),此后催化剂快速失活;而石墨烯的沉积则相对缓慢,但能持续整个反应过程(30 分钟).基于这样的反应特性,我们提出了一种两阶段生长的策略以提高杂合物产品的性能,并进行了相应的反应器设计.对比实验表明,基于此策略制备的杂合物样品所含无定形碳杂质大大减少,产品质量得到了有效提升.
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