纳米碳材料的氮掺杂修饰改性开题报告

1. 研究目的与意义

纳米碳材料是近年来发展起来的无机非金属催化剂，其在精细化工、燃料电池、烃类等多个领域的性能均优于传统的催化剂，有着巨大的发展潜能。在纳米碳的合成工艺中，通过修饰掺杂，引入缺陷位或杂原子可以提升纳米碳材料的催化活性。修饰改性还可以打破碳材料骨架固有的离域电子结构，改变碳材料的反应活性，而氮原子与碳原子有着相近的原子半径，通过控制氮原子或含氮官能团的掺杂量和掺杂方法，可以控制和改变碳材料的物理化学性质，包括电子特性、导电性、碱性、氧化性及催化性能。

目前，制备纳米碳材料的方法众多，包括激光法、化学气相沉积法，爆炸法，但与制备纳米碳材料的这些方法相比，生物模板法一方面在控制纳米材料的形貌和结构尺寸上有着显著的优势，近年来成为了纳米材料合成领域研究的热点。另一方面，在自然界中，许多的天然生物质都含复杂的无机纳米材料或有机纳米材料，这些生物纳米材料的几何尺寸高度均一，且具有结构多样性的特点。某些生物大分子还可以通过自组装形成超分子结构，这极大地拓展了天然生物质作为模板的多样性。此外，天然生物质含有多种活性官能团，具有较高的化学反应活性，能与多种金属离子发生配位反应，这奠定了天然生物质作为模板合成纳米材料的化学基础。因此，天然生物质是制备结构复杂且粒径呈单分散的纳米材料的理想模板。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

着眼于以生物模板法，进行氮掺杂纳米碳材料的修饰改性。后用红外光谱、拉曼光谱、透射电镜考察其微观形貌、表面基团等微观特征，采用荧光光谱测试其荧光性能，考察其对甲基橙等污染物的降解效果。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

植物茎秆的主要成分为纤维素。纤维素是有葡萄糖大分子多糖，是植物细胞壁中起支撑作用的重要部分，纤维素是半晶线型聚合物，其分子间通过强烈的氢键作用堆叠成纳米级的高度结晶区域，在结晶区域间间隔着无定形区域，纤维素分子含大量的羟基，能通过配位、范德华力等与金属前驱体相互作用。因此，纤维素作为模板被广泛用于纳米材料的制备。

本实验以植物的茎秆作为生物模板，以氨基酸作为氮源和碳源，进行纳米碳材料的氮掺杂修饰改性，后用红外光谱和透射电镜进行表征，分析其微观结构和表面基团的特征。后将其应用于对甲基橙等污染物的降解，观察效果。

具体步骤：

4. 参考文献

[1]liang h w, liu s,yu s h.controlled synthesis ofone-dimensional inorganic nanostructures using pre-existing one-dimensionalnanostructures as templates[j] .adv master,2010,22:3925-3937

[2]lee w,park s j.porous anodie aluminum oxide:anodization and templated synthesis of functionalnanostructures[j].chemrev,2014,114:7478-7556

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5. 计划与进度安排

一、2022.1.1-2022.2.25 阅读文献，完成综述二、2022.2.26-2022.3.30 进行材料的制备三、2022.4.1-2022.4.25 进行材料的表征四、2022.4.26-2022.6.1完成数据整理和毕业论文写作

五、2022.6.2-2022.6.5 制作PPT,准备论文答辩