碳材料因為具有許多不同的物理化學結構而被廣泛的應用在不同領域上,如 : 鋰離子電池的負極、印表機碳粉、輪胎的補強、以及近年來廣泛引起大家研究興趣的奈米碳管等等。為了更進一步了解碳物種的特性,我們選擇結構簡單且不具表面官能基的石墨為實驗的研究對象,希望可以將此結果應用在結構更複雜的碳物種上。
在本實驗中,我們利用不同的前處理方式將石墨特性有系統的改變,如將石墨加溫通氧前處理可增加其孔隙的數量並在其上面產生一些含氧官能基，然後將樣品吸附探測分子後作程溫脫附法(TPD)。根據實驗室之前所發現的結果,石墨表面積的改變對於脫附活化能的影響有限；其與不同種類的探測分子間也會有不同的交互作用,而且發現此交互作用的差異有一定的規則可循。接下來我們希望建立起個別因素(模擬碳材料之表面官能基)對於石墨表面與探測分子間交互作用所造成的影響。往後面對更複雜的碳材料可藉由此方法了解碳材與我們所選擇之特定探測分子間交互作用力的強弱是由於碳材中的何種特性所造成,並可作為更進一步設計新的碳材與高分子複合材料的依據。

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壹、 序論
一、前言 1
二、碳材料表面結構 5
1. 碳黑 5
2. 石墨 6
3. 鑽石 9
4. 奈米碳管 9
三、利用碳煙改變前處理溫度以及探測分子注入量的影響 13
四、丙烷吸附於高定向性石墨上（HOPG）之研究 17
貳、實驗方法 22
一、實驗樣品 22
二、探測分子試劑 22
三、浸泡石墨之溶劑 22
四、實驗裝置及步驟 24
1. 反應裝置 24
2. 石墨通氧氣高溫處理 25
3. 實驗步驟 25
五、穿透式電子顯微鏡 27
六、程式升溫脫附法 27
參、結果與討論
一、探測分子與碳物種間的交互作用 36
1. 表面積的影響 36
2. 改變前處理溫度的影響 37
二、模擬碳材料上之孔徑以及含氧官能基 39
三、於石墨上模擬碳材料之OH官能基 43
四、在石墨上模擬碳材料中具有烷類及環烷類結構之官能基 46
五、在石墨上模擬碳材料中苯環、醚類及酮類結構之官能基 52
六、利用硝酸以及醋酸前處理石墨樣品 55

肆、結論 56
伍、參考文獻 132
陸、附錄 134

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