石墨烯量子点的制备及其复合材料性能的研究

发布时间：2017-10-28 07:02

  本文关键词：石墨烯量子点的制备及其复合材料性能的研究

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【摘要】：本论文主要致力于自组装石墨烯量子点的合成以及其功能化石墨烯量子点纳米材料的合成、表征和光催化应用。主要研究的实验内容包括高浓度石墨烯量子点的合成与制备、石墨烯量子点改性复合材料的制备探索以及对它们形貌、结构和光致发光等综合性能进行表征,并将复合材料在光催化制氢和光催化降解方面进行初步的运用探索。本论文的主要结果总结如下:(1)将膨胀石墨进行高速切割以及超声分散处理,将石墨粉进行剥离分散,然后再采用改进Hummers法,在高温下进行氧化处理,成功合成氧化性较高的氧化石墨(OGO)。(2)以高度氧化的石墨(OGO)为原料,在强碱的作用下,采用高温高压一步实现了高纯度及高浓度黄色发光石墨烯量子点(GQDs)的水热法提取,所得到的量子点溶液能够直接书写成字,在365nm的紫外分光光度计下显色明显。GQDs在320nm激发下的量子产率达23.6%,这个产率远远高于大部分之前的文献报道。通过对其光致发光性能的分析,表明其具有优越的稳定性以及良好的光致发光性能。(3)以廉价商品化的二氧化钛作为原料,在氢氧化钠(Na OH)的作用下,采用先水热后煅烧的方法获得二氧化钛纳米管(TiO_2NT),通过透射电子显微镜(TEM)以及扫描电子显微镜(SEM)观察,制备得到的TiO2NT具有较好的物理形貌。直径约30~50nm,长度约3μm。(4)通过水热浸渍法一步制备得到石墨烯量子点与二氧化钛纳米管的复合材料(GQDs/TiO_2NT)。通过紫外可见近红外吸收光谱、透射电子显微镜(TEM)以及扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)的表征证实了复合结构的存在。制备合成的GQDs/TiO_2NT在光催化降解性能方面表现优异,具有良好的稳定性、可重复性以及高降解效率,降解效率随着量子点的量的增加先提高后下降,当掺杂量为2.5%GQDs/TiO_2NT时,降解甲基橙(MO)的速率是单纯TiO_2NT降解速率的2.67倍。(5)通过溶胶凝胶法制备得到一定比例的g-C_3N_4/TiO_2,并以其为前驱体,采用水热浸渍法一步制备石墨相氮化碳和二氧化钛的前驱体与石墨烯量子点的三元复合材料(g-C3N4/TiO_2-GQDs)。通过对复合材料系列的表征,证实了复合结构的存在,同时也进一步探讨了该材料的光催化降解性能与光催化制氢性能。其中光催化降解性能较前驱体有较大提升,但三元掺杂比石墨烯量子点单独掺杂二氧化钛纳米管的二元掺杂效果要差,同时光催化制氢效果随着石墨烯量子点的量的增加呈现下降趋势。
【关键词】：石墨烯量子点 量子产率 光致发光 光催化 降解 制氢
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-40
• 1.1 石墨烯及石墨烯量子点的发现11-14
• 1.1.1 石墨烯的性质12-13
• 1.1.2 从石墨烯到石墨烯量子点13
• 1.1.3 石墨烯量子点的性质13-14
• 1.2 石墨烯量子点的合成14-20
• 1.2.1 自上而下策略14-19
• 1.2.2 自下而上策略19-20
• 1.3 石墨烯量子的功能化20-23
• 1.3.1 预修饰合成功能化石墨烯量子点21-22
• 1.3.2 后修饰合成功能化石墨烯量子点22-23
• 1.4 石墨烯量子点的运用23-37
• 1.4.1 能源方面的应用23-30
• 1.4.2 生命科学方面的应用30-35
• 1.4.3 其他领域的应用35-37
• 1.5 研究内容37-38
• 1.6 研究亮点38-39
• 1.7 实验技术路线39-40
• 第二章 自组装石墨烯量子点的制备及性能探索40-52
• 2.1 引言40-41
• 2.2 实验部分41-44
• 2.2.1 实验试剂41-42
• 2.2.2 实验仪器42-43
• 2.2.3 实验步骤43
• 2.2.4 荧光量子产率的计算43-44
• 2.2.5 石墨烯量子点在荧光下书写成像44
• 2.3 结果与讨论44-50
• 2.3.1 石墨烯量子点的表征45-50
• 2.4 本章小结50-52
• 第三章 GQDs/TiO_2NT复合材料制备探索及光催化应用研究52-70
• 3.1 引言52-53
• 3.2 实验部分53-57
• 3.2.1 实验试剂53-54
• 3.2.2 实验仪器54
• 3.2.3 二氧化钛纳米管的制备54-55
• 3.2.4 石墨烯量子点/二氧化钛纳米管复合材料的制备55-56
• 3.2.5 光催化性能的测试56-57
• 3.3 结果与讨论57-69
• 3.3.1 GQDs/TiO_2NT复合材料的表征58-69
• 3.4 本章小结69-70
• 第四章 g-C_3N_4/TiO_2-GQDs复合材料制备探索及光催化应用研究70-89
• 4.1 引言70-71
• 4.2 实验部分71-74
• 4.2.1 实验试剂71-72
• 4.2.2 实验仪器72
• 4.2.3 g-C_3N_4/TiO_2复合材料的制备72-73
• 4.2.4 g-C_3N_4/TiO_2-GQDs复合材料的制备73
• 4.2.5 光催化性能的测试73-74
• 4.3 结果与讨论74-88
• 4.3.1 g-C_3N_4/TiO_2-GQDs复合材料的表征75-88
• 4.4 本章小结88-89
• 第五章 全文总结与展望89-91
• 5.1 全文总结89-90
• 5.2 展望90-91
• 参考文献91-104
• 致谢104-105
• 作者简介105
• 发表论文及科研情况105

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