Einführung in Kohlenstoffnanomaterialien

Lange Zeit wusste man nur, dass es drei Kohlenstoffallotrope gibt: Diamant, Graphit und amorpher Kohlenstoff.Doch in den letzten drei Jahrzehnten, von den nulldimensionalen Fullerenen über eindimensionale Kohlenstoffnanoröhren bis hin zu zweidimensionalem Graphen, wurden kontinuierlich neue Kohlenstoffnanomaterialien entdeckt, die weiterhin die Aufmerksamkeit der Welt auf sich ziehen.Kohlenstoffnanomaterialien können entsprechend dem Grad der nanoskaligen Beschränkung ihrer räumlichen Dimensionen in drei Kategorien eingeteilt werden: nulldimensionale, eindimensionale und zweidimensionale Kohlenstoffnanomaterialien.
0-dimensionale Nanomaterialien beziehen sich auf Materialien, die im Nanometerbereich im dreidimensionalen Raum vorliegen, wie etwa Nanopartikel, Atomcluster und Quantenpunkte.Sie bestehen normalerweise aus einer kleinen Anzahl von Atomen und Molekülen.Es gibt viele nulldimensionale Kohlenstoff-Nanomaterialien wie Ruß, Nano-Diamant, Nano-Fulleren C60 und kohlenstoffbeschichtete Nanometallpartikel.

SobaldC60entdeckt wurde, begannen Chemiker, die Möglichkeit ihrer Anwendung auf den Katalysator zu untersuchen.Gegenwärtig umfassen Fullerene und ihre Derivate im Bereich der katalytischen Materialien hauptsächlich die folgenden drei Aspekte:

(1) Fullerene direkt als Katalysator;

(2) Fullerene und ihre Derivate als homogene Katalysatoren;

(3) Anwendung von Fullerenen und ihren Derivaten in heterogenen Katalysatoren.
Kohlenstoffbeschichtete Nanometallpartikel sind eine neue Art von nulldimensionalen Nanokohlenstoff-Metall-Verbundwerkstoffen.Aufgrund der Begrenzung der Kohlenstoffhülle und der Schutzwirkung können die Metallpartikel auf kleinem Raum eingeschlossen werden und die darin beschichteten Metallnanopartikel können unter dem Einfluss der äußeren Umgebung stabil existieren.Diese neue Art von nulldimensionalen Kohlenstoff-Metall-Nanomaterialien verfügt über einzigartige optoelektronische Eigenschaften und hat ein sehr breites Anwendungsspektrum in der Medizin, in magnetischen Aufzeichnungsmaterialien, elektromagnetischen Abschirmmaterialien, Lithiumbatterie-Elektrodenmaterialien und katalytischen Materialien.

Eindimensionale Kohlenstoffnanomaterialien bedeuten, dass sich Elektronen nur in einer nicht-nanoskaligen Richtung frei bewegen und die Bewegung linear ist.Typische Vertreter eindimensionaler Kohlenstoffmaterialien sind Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanofasern und dergleichen.Der Unterschied zwischen beiden kann anhand des Durchmessers des zu unterscheidenden Materials, aber auch anhand des Graphitisierungsgrads des zu definierenden Materials ermittelt werden.Je nach Durchmesser des Materials bedeutet das: Der Durchmesser D liegt unter 50 nm, die innere Hohlstruktur wird üblicherweise als Kohlenstoffnanoröhren bezeichnet, und der Durchmesser liegt im Bereich von 50 bis 200 nm, meist durch die mehrschichtige Graphitfolie gekräuselt, mit keine offensichtlichen Hohlstrukturen werden oft als Kohlenstoffnanofasern bezeichnet.

Je nach Graphitisierungsgrad des Materials bezieht sich die Definition auf die Graphitisierung, besser ist die Orientierung desGraphitEine parallel zur Rohrachse ausgerichtete Schicht wird als Kohlenstoffnanoröhre bezeichnet, während der Grad der Graphitisierung gering ist oder keine Graphitisierungsstruktur vorliegt. Die Anordnung der Graphitschichten ist unorganisiert, das Material weist eine hohle Struktur in der Mitte auf und sogar diemehrwandige Kohlenstoffnanoröhrensind alle in Kohlenstoff-Nanofasern unterteilt.Natürlich ist die Unterscheidung zwischen Kohlenstoffnanoröhren und Kohlenstoffnanofasern in verschiedenen Dokumenten nicht offensichtlich.

Unserer Meinung nach unterscheiden wir unabhängig vom Grad der Graphitisierung von Kohlenstoffnanomaterialien zwischen Kohlenstoffnanoröhren und Kohlenstoffnanofasern anhand des Vorhandenseins oder Fehlens einer Hohlstruktur.Das heißt, eindimensionale Kohlenstoffnanomaterialien, die eine Hohlstruktur definieren, sind Kohlenstoffnanoröhren, die keine Hohlstruktur haben. Oder die Hohlstruktur ist nicht offensichtlich. Eindimensionale Kohlenstoffnanomaterialien sind Kohlenstoffnanofasern.
Zweidimensionale Kohlenstoff-Nanomaterialien: Graphen ist ein Vertreter zweidimensionaler Kohlenstoff-Nanomaterialien.Zweidimensionale Funktionsmaterialien, repräsentiert durch Graphen, waren in den letzten Jahren sehr beliebt.Dieses Sternmaterial zeigt erstaunliche einzigartige Eigenschaften in Bezug auf Mechanik, Elektrizität, Wärme und Magnetismus.Strukturell ist Graphen die Grundeinheit, aus der andere Kohlenstoffmaterialien bestehen: Es verformt sich zu nulldimensionalen Fullerenen, kräuselt sich zu eindimensionalen Kohlenstoffnanoröhren und stapelt sich zu dreidimensionalem Graphit.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kohlenstoffnanomaterialien schon immer ein heißes Thema in der Nanowissenschafts- und Technologieforschung waren und wichtige Forschungsfortschritte erzielt haben.Aufgrund ihrer einzigartigen Struktur und hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften werden Kohlenstoffnanomaterialien häufig in Lithium-Ionen-Batteriematerialien, optoelektronischen Materialien, Katalysatorträgern, chemischen und biologischen Sensoren, Wasserstoffspeichermaterialien und Superkondensatormaterialien sowie anderen besorgniserregenden Aspekten verwendet.

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