文献ℱ轻质MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体，敏感高吸收性和新型宽禁带共轭聚合物

   

轻质MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体，敏感高吸收性和新型宽禁带共轭聚合物

文章题目：Lightweight MWCNTs-g-PAN Carbon Fiber Precursors. Sensitive High Absorptivity and Novel Wide-Bandgap Conjugated Polymers

文章来源：Ind. Eng. Chem. Res. 2015, 54, 9064−9071

研究团队：约旦 科技大学文理学院化学科学系Mohammad M. Fares等人

   

研究内容

该团队采用轻质MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体制备高吸收率和宽带隙新材料，通过聚丙烯腈在表面上接枝酸化改性多壁碳纳米管进行碳纤维前驱体的合成。1H NMR和FTIR光谱揭示了成功的接枝过程，并且MWCNTs-g-PAN纤维稳定化程度（即共轭程度）为3.0。

这种具有200-600μm厚度的碳纤维前驱体表现出优异的热稳定性，在276,413和850℃分别具有三个降解步骤。 碳纤维前驱体在284nm处表现出选择性高吸收UV辐射和尖锐的离散能量差。结果表明，在碳纤维前驱体（χCNTs）中，吸收率（ε）与多壁碳纳米管的重量分数呈线性关系。

由于长链排列的纳米纤维结构，使用χCNTs(%)= 0.50样品发生紫外线辐射的大吸收率，而使用χCNTs(%)=8.26的样品，紫外辐射的吸收率很小，因为短长的PAN链缠绕在碳纳米管周围，形成扁平而厚的纳米管，如ESEM图像所示。这种MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体制备的对应于4.36-4.38 eV敏感截止UVB吸收的高吸收率和宽带隙新材料可能使适应未来许多光电和/或航空实施领域。

表1.MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体中MWCNT的质量和重量分数

图1. MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体形成的示意图

图2.MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体的1 H NMR光谱

图3. 聚丙烯腈（PAN），酸化改性MWCNT和MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体的FTIR光谱 

图4. MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体的不同侧视图的ESEM图像（χCNTs(%)= 0.99） 

图5. MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体的ESEM图像（A）和（B）χCNTs(%)= 2.91，（C）χCNTs(%)=8.26，（D）和（E）酸化改性的MWCNT

图6. 高重量分数MWCNTs下包裹共轭PAN重复单元（χCNTs(%)= 8.26）

图7. （A）聚丙烯腈（PAN），（B）酸化改性MWCNT和（C）MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体的不同重量分数的TGA和DTG热分析图

表2. PAN，MWCNT和MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体的热性质

图8. .MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体薄膜的UV-vis吸收光谱

表3.MWCNTs-g-PAN碳纤维前驱体的光学性质