水热法纤维状碳材料合成的初步研究+文献综述(10)
图2-1 水热碳的制备流程图
2.3.2 BC复合碳材料的制备
分别称取一定量的葡萄糖（或蔗糖）配成60 mL溶液，向溶液中加入一定量的BC纤文并使其分散均匀，置于不锈钢高压反应釜中，将高压反应釜放入电热恒温干燥箱中，升温至200℃，反应24h。之后，自然冷却至室温得到含碳复合材料。离心、浸泡洗涤多次，冷待干燥。
图2-2 BC复合碳材料的制备流程
2.4 含碳材料的测试与表征
2.4.1 傅里叶变换红外光谱分析（IR）
FTIR测试是在赛默飞世尔生产的Nicolet iS10上进行的，测试采用了衰减全反射附件。
2.4.2 透射电子显微镜观察（TEM）
透射电子显微镜（TEM）采用的是由日本电子株式会社生产的，型号为JEM-2100的电子显微镜，测试电压为175KV。
2.4.3 扫描电子显微镜（SEM）
扫描电子显微镜采用的是日本电子株式会社生产的，型号为JEOLJSM-6380LV的电子显微镜，放大倍数为×5~×300000，低真空模式分辨率为4.0nm。
2.4.4 X射线衍射分析（XRD）
X射线衍射仪（XRD）采用的是由德国布鲁克公司生产的，型号为D8 ADVANCE的电子显微镜，Cu靶Kα线（0.15406nm）, 角度范围为0～50°，管电压为40kV (1kV/1step)，管电流为30mA。
2.4.5 原子吸收光谱分析（AAS）
原子吸收光谱仪采用的是型号为UNICAM 989的石墨炉原子吸收光谱仪，原子化的方法为空气-乙炔火焰法，特征谱线为228.8nm，灯电流为3.0mA，光谱通带为0.4nm，原子化温度为1800℃。
2.5 结果与讨论
2.5.1水热炭的X射线衍射（XRD）分析
小分子糖形成的溶液在200℃条件下水热反应24h形成了一种有黑色的细微粒子的悬浮液。X-射线衍射（XRD）最常用来表征晶体材料。根据XRD可以判断材料的结晶情况及其粒径。图2-3是葡萄糖、果糖、蔗糖和乳糖四种小分子糖碳化后的样品的XRD谱图对比情况，从图中我们可以明显看出碳化后只有在2θ=23°处出现一个驼峰，表明产物均为无定形碳的形式存在。同时对比四种物质的碳化后的XRD图表明单糖（葡萄糖、果糖）比二糖（蔗糖、乳糖）的碳化程度高。
图2-3 葡萄糖（1）、果糖（2）、蔗糖（3）、乳糖（4）碳化后XRD图
2.5.2水热炭的拉曼光谱（Raman）分析
为了探究水热碳化产生的水热碳是否存在芳香性结构进行了拉曼光谱分析。图2-4是葡萄糖在200℃条件下水热碳化24h的拉曼光谱图。在该拉曼光谱图中包含了两个宽的光谱带，分明在1360（D带）和1587（G带）cm-1处。其中1360cm-1是无序石墨层内C-C“悬荡”键振动吸收峰，1578cm-1是石墨E2g振动吸收峰。这证明了苯环中SP2杂化碳原子的存在或者无定形碳（部分还原）中存在的苯系稠环。该图还指出了水热碳中包含小的芳香族团簇。同时，AD/AG值表示石墨化的程度，例如MWCNT=1.03，由此也可以得出结论得到的水热碳为无定形碳。
图2-4 葡萄糖在200℃条件下水热碳化24h的拉曼光谱图
2.5.3水热炭和BC含碳复合物的扫描电子显微镜（SEM）分析
图2-5(a)，2-5(b)分别是葡萄糖和蔗糖在200℃条件下水热碳化24h得到的产物的SEM图。在此条件下得到的产物是规则的球状，表面光滑，直径在1μm左右，比文献报道的形成的碳微粒直径在2~5 μm范围内要小很多。从图中还可以看出除部分碳小球团聚外，得到的产物分散性好，且为实心小球。比较两种原料得到的产物可以看出无明显的区别，这和小分子糖碳化的机理有关，首先二糖水解形成单糖，然后单糖进一步脱水聚合形成碳小球。
图2-5(c)，2-5(d)分别是BC和BC含碳复合物的SEM图。从(c)图中可以看到，由木醋杆菌生物合成的纳米纤文的直径大约是30nm，而细菌纤文素的长度在数微米到数十微米之间。当将细菌纤文素浸泡到一定浓度的葡萄糖（或蔗糖）溶液中，然后进行水热碳化得到了一种棕黑色的絮状沉淀。在(d)图中可以看到在细菌纤文素纤文表面形成了一层碳包附层，使其呈现珊瑚状结构，纤文直径达到1μm左右，与同样条件下小分子糖碳化得到的碳小球直径一致。同时图中还存在部分单独的碳小球，且小球直径较大，这与反应物细菌纤文素和小分子糖的质量比相关，可以通过调节细菌纤文素和小分子量的质量比控制形貌。