● 摘要
碳纳米材料具有独特的物理、化学性质，被广泛的应用在光学、电子、生物、催化、医疗等领域。以可再生资源为原料，采用简便的水热法制备形貌规整的碳纳米材料成为研究的热点之一。木质纤维素水解产物主要为葡萄糖和木糖，大多数研究以葡萄糖为水热碳化原料，对木糖研究较少，这不利于资源的高效利用。
本文在水热反应体系内，以葡萄糖为参比，木糖为碳源制备出不同形貌的纳米碳材料，并研究了其在超级电容器、气体吸附和光催化领域的应用。通过X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、环境扫描电子显微镜（SEM）、全自动物理吸附仪、透射电子显微镜（TEM）、元素分析仪（EA）、拉曼光谱仪（Raman）、紫外可见近红外光谱仪（UV-VIS）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）等测试手段对样品进行表征，提出了该类碳材料结构与性能之间的关系。具体研究内容如下：
（1） 利用木糖、葡萄糖为碳源，水热法制备碳纳米材料，研究了反应时间和碳源的浓度等对碳纳米材料形貌的影响。获得了制备尺寸均一、形貌规整的碳纳米球的最优条件。并对得到的碳纳米球进行KOH活化处理，分别可得到具有高比表面积的球形和片形碳材料。木糖为碳源，经KOH处理后碳材料的比表面积高达2607.1 m2/g、2001.2 m2/g，样品的比电容分别是365.84 F/g、236.24 F/g；CO2的吸附量可达到7.02 mmol/g。葡萄糖为碳源，KOH处理后样品比表面积为 2405.8 m2/g，样品的比电容为257.79 F/g。
（2） 结合木糖原位水热碳化和后期煅烧处理得到了具有较高光催化活性的氧化锌/氧化铜空心复合微球。研究了煅烧温度对光催化性能的影响，得到了最佳的煅烧温度为350 ℃。该样品在紫外光照射下140 min可使罗丹明 B降解率达到96.1 %。
（3） 利用木糖为碳源，水热法制备的碳纳米球为硬模板，制备了包覆二氧化钛的碳纳米球前驱体，通过煅烧得到了空心二氧化钛纳米球。研究了制备条件对其形貌的影响，发现形貌对实验条件敏感。进行光催化实验，表明紫外光下照射60 min对罗丹明B的光催化效率达到了97.7 %，表现出与商用P25（纳米级混晶型二氧化钛）相当的光催化性能。