当前位置:主页 > 科技论文 > 材料论文 >

纳米复合材料界面电子转移对光、电催化性能影响的研究

发布时间:2018-01-13 07:49

  本文关键词:纳米复合材料界面电子转移对光、电催化性能影响的研究 出处:《上海交通大学》2015年博士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 纳米复合材料 界面电子转移 石墨烯基复合碳纸 MoS_2纳米片 燃料电池阴极氧还原 光/电催化产氢


【摘要】:纳米复合材料作为一类重要的功能材料,是经由不同结构单元在微纳尺度或分子水平上复合或组装所形成的一类新型材料。通过复合,各结构单元在性能互补的基础上,可以产生协同效应,从而赋予纳米复合材料独特的性质。纳米复合材料因其独特的结构特点,已广泛应用于人们生活的各个领域。在催化应用领域,纳米复合材料在催化反应过程中,常常与反应物之间或自身各结构单元之间发生界面电子转移的过程,探究纳米复合材料在催化反应过程中界面电子的转移形式,对于调控其催化性能至关重要。基于以上考虑,本论文以催化应用为导向,设计合成了一系列具有独特结构和优异性能的新型纳米复合材料,系统探究了一系列纳米复合材料在催化反应过程中的光、电驱动的界面电子转移过程,旨在建立纳米复合材料界面电子转移与催化性能的关系。论文取得的主要研究结果如下:首先,我们以碳基纳米复合催化剂中碳碳结构单元之间的界面电子转移为研究对象,将天然生物质模板作为原料,合成了“树叶状”氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合材料(CNF@NG),结构分析发现,氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维高度复合,有利于二者间的界面电子转移,保证电子通过纳米碳纤维快速转移至氮掺杂的石墨烯催化活性位点。此外,纳米碳纤维支撑的三维多孔结构有助于反应物质在材料表面的传输。在此基础上,我们将CNF@NG纳米复合材料应用于燃料电池阴极氧还原电催化反应,表现出了非常优异的催化活性、单一的选择性和超高的稳定性。其次,我们以碳基纳米复合催化剂中碳与过渡金属硫化物之间的界面电子转移为研究对象,将一整张氮掺杂石墨烯与纳米碳纤维复合碳纸(CPs)作为基底,在其表面修饰超薄MoS_2纳米片,得到了三维多孔MoS_2-CPs复合碳纸材料。结构分析发现,由于结构单元MoS_2与CPs之间的强相互作用限制了MoS_2纳米片的生长,得到的MoS_2具有超薄且富含大量缺陷的特点,这有利于MoS_2活性边缘的暴露,同时,MoS_2与CPs之间的强相互作用有助于电子在界面间快速转移,促进催化反应的进行。此外,CPs的三维多孔结构有利于反应物质和产物的扩散,很大程度上提高了催化反应的效率。在此基础上,我们将MoS_2-CPs复合碳纸作为大面积工作电极应用于电催化制氢反应中,研究发现无论在酸性和碱性电解液中,MoS_2-CPs均表现出优异的电催化制氢活性,并展现了良好的循环稳定性能。为了证明以尿素热缩聚形成的氮化碳模板合成石墨烯基纳米复合材料的普适性,我们以废纸(如打印纸、滤纸、牛皮纸、餐巾纸、废报纸和挂历纸)为原料,以尿素作为唯一添加剂,一步热处理得到了表面类“树枝状”碳纸复合材料(GCCP)。结构分析发现,GCCP表面特征为氮掺杂石墨烯和纳米碳纤维覆盖微米碳纤维复合结构,形成了一种类“树枝状”的多级分层纳米复合结构,该复合结构赋予了GCCP表面超疏水特性,可以直接用于油水分离应用,且分离效率超过95%;同时,高度石墨化的GCCP展现了优异的导电性能,可以直接作为导电碳纸或复合制成柔性电极使用;此外,GCCP碳纸在一系列电催化反应中表现出了较好的催化活性和优异的稳定性。此外,我们还以介晶复合氧化物催化剂中介晶表面的界面电子转移为研究对象,将介晶BaZrO_3中空纳米球作为模型,通过简单的热处理方式,逐渐改善了空心球壳的晶化程度,得到的高结晶度介晶BaZr O_3中空纳米球具有高效的光解水以及光降解甲基橙能力。研究发现,空心球壳结晶度的提高为光生电子转移提供了高速通道,促进了材料表面的电荷快速分离,从而提高了材料的光催化活性。
[Abstract]:The nano composite material as a kind of important functional materials, through different structural units in a new type of micro nano materials forming composite or assembly scale or molecular level. Through the compound, the structural units based on complementary properties, can produce synergistic effect, thus giving properties of nano composite materials unique nano composite. Material due to its unique structure, has been widely used in all areas of people's lives. In catalytic applications, nano composite materials in catalytic reaction process, the process of interfacial electron transfer occurs between the reactants or its often units between the catalytic reaction process of interfacial electron transfer form of nano composite research materials for the regulation of the catalytic performance is very important. Based on the above considerations, the catalytic application oriented, with a series of unique structure and excellent design and synthesis New type of nano composite material properties, inquiry into a series of nano composite materials in catalytic reaction in the process of light, electric driven interface electron transfer process, aimed at establishing the relationship of nano composite materials interfacial electron transfer and catalytic performance. The main results are as follows: firstly, we at the interface between electrons of carbon structure unit based on carbon nano composite catalyst transfer as the research object, the natural biomass template as raw material, the synthesis of "leaves" nitrogen doped graphene and carbon fiber composite materials (CNF@NG), structure analysis, nitrogen doped graphene and carbon nanofibers highly composite, interfacial electron transfer between the two to the guarantee of electrons through the catalytic site of graphene nano carbon fiber rapid transfer to nitrogen doping. In addition, the three-dimensional porous structure of nano carbon fiber supports help to reactant In the transmission quality of material surface. On this basis, we will apply the CNF@NG nano composite material in cathode oxygen reduction catalytic reaction, showed excellent catalytic activity, selectivity and single high stability. Secondly, we use carbon nano catalytic agent in the interface between electrons and carbon transition the transfer of metal sulfide as the research object, a whole piece of nitrogen doped graphene and carbon fiber composite carbon paper (CPs) as the substrate, the surface modification of ultrathin MoS_2 nanosheets, the 3D porous MoS_2-CPs composite materials. The structure of carbon paper analysis found that, due to the strong interaction between the structural unit MoS_2 and CPs limit MoS_2 nano film growth, the MoS_2 has the characteristics of thin and rich in a large number of defects, which is conducive to the edge of the exposure, the activity of MoS_2 between MoS_2 and CPs at the same time, the strong interaction is helpful for electronic Fast transfer at the interface between, promote the catalytic reaction. In addition, the three-dimensional porous structure of CPs is beneficial to the diffusion of reactants and products, greatly improve the efficiency of the catalytic reaction. On this basis, we will work as a large area of MoS_2-CPs composite carbon paper electrodes for electrocatalytic hydrogen reaction, the study found no matter in acid and alkaline electrolytes, MoS_2-CPs showed excellent electrocatalytic activity for hydrogen generation, and show good cycle stability. In order to prove the formation of urea pyrolysis carbon nitride template synthesis of graphene based nano composite material of the universality, we use waste paper (such as printing paper, filter paper, kraft paper, paper napkin, waste newspapers and paper calendars) as raw materials, using urea as the only additive, a step heat treatment by surface "dendritic" carbon paper composite (GCCP). The structure analysis shows that the surface characteristics of GCCP Cover the micron carbon fiber composite structure for nitrogen doped graphene and carbon nanofibers, the hierarchical nano composite structure forms one kind of "dendritic", the composite structure gives GCCP surface super hydrophobic properties, can be directly used for oil-water separation, and the separation efficiency of over 95%; at the same time, highly graphitized GCCP show the excellent conductive properties, can be directly used as conductive carbon paper or composite made of flexible electrode; in addition, GCCP carbon paper in a series of electro catalytic reaction showed good catalytic activity and excellent stability. In addition, I also have to interface electronic mesogenic compound oxide catalyst of mesogenic surface transfer as research object, the mesomorphous BaZrO_3 hollow nanospheres as a model, by a simple heat treatment, gradually improve the crystallization degree of hollow spherical shell, hollow nanospheres have high crystallinity mesocrystal BaZr O_3 It has the ability of photolysis and photocatalytic degradation of methyl orange. It is found that the increase of crystallinity of hollow spherical shell provides a high-speed channel for photoelectron transfer, and accelerates the rapid separation of charge on the surface of the material, thus improving the photocatalytic activity of the material.

【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB33;TB383.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 唐伟家;导电纳米复合材料[J];合成材料老化与应用;2001年02期

2 李兴田;聚酰胺6纳米复合材料的新进展[J];化学工业与工程技术;2001年02期

3 李淑玉;导电纳米复合材料[J];建材工业信息;2001年10期

4 ;可溶性纳米复合材料[J];技术与市场;2001年04期

5 钱红梅,郝成伟;粘土/有机纳米复合材料的研究进展[J];皖西学院学报;2002年02期

6 王珂,朱湛,郭炳南;聚对苯二甲酸乙二醇酯/蛭石纳米复合材料的制备[J];应用化学;2003年07期

7 钟厉,韩西;纳米复合材料的研究应用[J];重庆交通学院学报;2003年03期

8 金延;纳米复合材料及应用[J];金属功能材料;2004年06期

9 ;美国纳米复合材料需求将增长[J];橡塑技术与装备;2008年03期

10 赵中坚;王强华;;汽车中的纳米复合材料:研究活动及商业现状[J];玻璃钢;2008年01期

相关会议论文 前10条

1 肖红梅;杨洋;李元庆;郑斌;付绍云;;功能纳米复合材料研究进展[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年

2 葛岭梅;周安宁;李天良;曲建林;;矿物纳米复合材料的研究进展[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年

3 马永梅;;塑料/膨润土纳米复合材料市场应用[A];2003年中国纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2003年

4 陈洁;徐晓楠;杨玲;;纳米复合材料的阻燃研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年

5 赵海波;徐波;王俊胜;王玉忠;;主链含磷阻燃共聚酯/硫酸钡纳米复合材料的研究[A];2009年中国阻燃学术年会论文集[C];2009年

6 张忠;;多级次多尺度纳米复合材料力学性能研究[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年

7 卢小泉;;基于纳米复合材料的电化学生物传感器[A];第六届海峡两岸分析化学会议摘要论文集[C];2010年

8 周安宁;杨伏生;曲建林;李天良;葛岭梅;;矿物纳米复合材料研究进展[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年

9 上官文峰;;纳米复合材料的构筑及其光催化性能[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年

10 林鸿福;;加速聚合物/粘土纳米复合材料的产业化进程[A];浙江省科协学术研究报告——浙江优势非金属矿产资源的开发利用研究论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前10条

1 宋玉春;纳米复合材料能否风行?[N];中国石化报;2005年

2 李闻芝;纳米复合材料产业化研讨会将开[N];中国化工报;2004年

3 李伟;汽车用上纳米复合材料部件[N];中国化工报;2004年

4 渤海投资 周延;武汉塑料 突破60日均线压制[N];证券时报;2004年

5 唐伟家 吴汾 李茂彦;尼龙纳米复合材料的开发和市场[N];中国包装报;2008年

6 华凌;纳米复合材料提升自充电池性能[N];中国化工报;2014年

7 塑化;聚合物系纳米复合材料发展前景广阔[N];国际商报;2003年

8 唐伟家 吴汾 李茂彦;尼龙纳米复合材料的开发和包装应用[N];中国包装报;2008年

9 本报记者 王海霞;纳米复合材料将广泛应用到新能源领域[N];中国能源报;2009年

10 刘霞;高效存储氢的纳米复合材料研制成功[N];科技日报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 李念武;锂硫二次电池用碳基含硫正极材料的研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 夏雷;尼龙6及其纳米复合材料的热氧稳定性研究[D];浙江大学;2013年

3 杜青青;高效荧光碳点合成及其功能复合材料研究[D];山东大学;2015年

4 刘江涛;四种纳米复合材料的制备及其电化学和电化学传感研究[D];西北大学;2015年

5 李苏原;SnO_2/C纳米复合材料的制备及其储锂性能研究[D];兰州大学;2015年

6 郭改萍;环境友好大豆蛋白质材料改性研究[D];北京化工大学;2015年

7 孙逊;新型介孔无机物/聚苯胺纳米复合材料的制备及其性能研究[D];兰州大学;2012年

8 卜小海;螺旋聚炔基纳米复合材料的制备及其红外辐射性能研究[D];东南大学;2015年

9 王洪宾;LiFePO_4/C纳米复合材料的设计、合成及其储锂性能研究[D];吉林大学;2015年

10 杨慧;基于溶剂浇铸法和沉积法改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)[D];上海大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 易华玉;纳米复合材料和酶放大构建凝血酶电化学适体传感器的研究[D];西南大学;2015年

2 于丹;BaTiO_3基介电陶瓷和纳米复合材料的制备及性能研究[D];浙江大学;2015年

3 王超;PVC纳米复合材料的制备及其性能研究[D];河北大学;2015年

4 谭丽莎;功能化磁性纳米复合材料的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的选择性去除研究[D];浙江大学;2015年

5 杜青;锆基纳米复合材料深度净化水体中的微量重金属[D];燕山大学;2015年

6 王正奇;硫化锌纳米复合材料的制备、表征及性质研究[D];陕西科技大学;2015年

7 明洪涛;TiO_2/Au核壳纳米复合材料的制备及其光学性质研究[D];东北师范大学;2015年

8 赵元旭;多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料的制备与性能研究[D];郑州大学;2015年

9 孙艺铭;金/碳纳米复合材料生物传感器检测多药耐药基因MDR1及其表达蛋白ABCB1的实验研究[D];福建医科大学;2015年

10 陈亚;基于碳纳米复合材料及β-环糊精对手性小分子识别研究[D];西南大学;2015年



本文编号:1418119

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/1418119.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户2a7e3***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com