等离子体法制备氮掺杂单壁碳纳米管及其电催化性能研究

氮掺杂碳纳米管具有优异的电化学催化氧气还原反应的能力，在取代贵金属铂成为燃料电池催化剂方面有着极具价值的应用潜力。目前制备方法获得的氮掺杂碳纳米管都为多壁碳管且结构复杂多样，难以理解掺杂氮原子在体系中的形态与作用，从而无法了解氮掺杂碳纳米管的电化学催化机理。.本项目提出利用低温等离子体技术，通过对高质量单壁碳纳米管进行氮掺杂，在尽可能少地改变单壁碳管结构的前提下，获得结构简单且可知的氮掺杂单壁碳纳米管，并进一步利用电化学手段与理论计算对该体系进行研究，理解氮掺杂碳纳米管的电化学催化机理。该研究将通过对等离子体的原位诊断来辅助调控等离子体中的离子能量，实现对单壁碳纳米管的可控掺杂；对于掺杂样品将利用X射线光电子能谱对其掺杂态的精细结构进行表征；进一步结合理论计算的结果研究不同掺杂条件下获得的掺杂碳纳米管的电化学催化特性。该项目将有助于氮掺杂碳纳米管的制备与电化学催化机理研究。

氮掺杂碳纳米管具有优异的电化学催化氧气还原反应的能力，在取代贵金属铂成为燃料电池催化剂方面有着极具价值的应用潜力。过去制备方法获得的氮掺杂碳纳米管都为多壁碳管且结构复杂多样，难以理解掺杂氮原子在体系中的形态与作用，从而无法了解氮掺杂碳纳米管的电化学催化机理。.经过三年的工作，项目负责人及团队完善了离子能量可控的等离子体处理装置的改造，在此基础上实现了可控的氮掺杂单壁碳纳米管的制备。对于制备的氮掺杂碳纳米管利用X射线光电子能谱和拉曼光谱等手段对其掺杂态的精细结构进行了表征；并进一步结合理论计算的结果研究不同氮掺杂碳纳米管的电化学催化特性。除此之外还研究氮掺杂对于场效应晶体管器件性能的影响，以及利用门控介电力显微镜的方法研究了氨气吸附掺杂对于不同类型的单壁碳纳米管导电类型的影响。目前已在J. Phys. Chem. Lett.发表论文一篇，申请中国专利一项。.