当前位置:主页 > 科技论文 > 材料论文 >

基于细菌模板和静电喷雾沉积制备纳米复合材料及其应用

发布时间:2018-04-23 12:00

  本文选题:纳米复合材料 + 静电喷雾沉积 ; 参考:《湖南大学》2015年博士论文


【摘要】:近年来,在能源安全与环境安全等领域出现了日益严峻的问题,人们一直在致力于解决这些严峻的挑战,并研究开发新的材料与技术用于能源存储和高性能传感器。随着人们对材料的要求越来越高,单一组分、结构简单的纳米材料往往不能满足人们要求,因此高性能、具有特殊结构的纳米复合材料受到了越来越多的关注。虽然纳米复合材料拥有优异的的性能,但是其研究尚处于实验室阶段,低成本、规模化制备纳米复合材料依然是一个世界性难题。改进制备工艺、采用廉价的原材料对于控制产物的结构以及降低合成成本有着重要的意义。鉴于此,本论文从结构设计和组分优化的角度出发,探索采用廉价的生物体-细菌作为模板制备纳米复合材料,并尝试使用操作简单、易规模化的静电喷雾沉积技术制备结构独特、性能优异的金属氧化物(金属硫化物)/还原的氧化石墨烯纳米复合材料。在本论文中,我们做了以下几个方面的研究工作:(1)以酵母菌为模板,采用控制沉淀法制备了Co_3O_4修饰的ZnO中空球,其中四氧化三钴的质量分数约为4%。所得中空球基本复制了酵母菌的形貌,球壁厚约100 nm,由粒径约20 nm的小颗粒组成。我们进一步研究了所制备中空球对丙酮的气敏性能。和纯ZnO中空球相比,Co_3O_4修饰ZnO中空球对有毒气体丙酮展示出了更高的灵敏度和更快的响应与恢复。Co_3O_4修饰的ZnO中空球优异的气敏性能一方面取决于其独特的中空结构,该结构便于气体在敏感材料表面快速的扩散;另一方面是由于p型四氧化三钴修饰n型氧化锌,形成p-n结,这种结构能显著提高材料的气敏性能。(2)探索利用静电喷雾沉积技术,采用一步合成策略在集流体上直接制备层状氧化镍(NiO)/还原的氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料。我们使用乙酸镍/氧化石墨烯混合溶液作为前驱体,利用静电喷雾沉积技术将复合材料直接沉积在集流体上,在沉积的过程中对集流体加热以分解乙酸镍并还原氧化石墨烯,从而制得NiO/rGO纳米复合材料层层堆积而得的薄膜电极。在电化学测试中,NiO/rGO复合材料表现出了较高的比电容和良好的循环性能。我们在制备电极的过程中避免使用不导电的粘结剂,使大部分活性材料保持了良好的电化学活性。(3)探索利用静电喷雾沉积技术,采用两步合成策略制备Mn_3O_4/rGO柔性电极。首先,采用还原高锰酸钾的方法制备Mn_3O_4片组装而成的小球;然后,将Mn_3O_4与GO混合溶液作为前驱体,利用静电喷雾沉积技术将复合材料直接沉积在碳布上,在加热条件下,氧化石墨烯被还原为rGO。我们对比了传统涂布法制备的柔性电极(CG)和静电喷雾沉积法制备的柔性电极(GM)的电化学性能,发现GM的克容量和循环稳定性要优于CG。在GM电极中,活性材料与集流体接触更加牢固,并有一定的韧性,在反复弯曲时活性材料仍能与集流体充分接触。而CG电极在弯曲时,活性材料碎裂并发生脱落,导致容量损失。(4)探索采用静电喷雾技术制备金属硫化物-还原的氧化石墨烯纳米复合材料。我们采用两步合成策略,运用静电喷雾沉积技术成功制备了细菌插层的Ni_3S_2/rGO。直径约10 nm的Ni_3S_2小颗粒均匀分布在rGO层上,rGO一方面作为载体,可以有效防止Ni_3S_2小颗粒团聚在一起,另一方面能为Ni_3S_2小颗粒提供3维导电网络;将细菌置于rGO层间能有效改善活性材料与电解液的接触,同时有利于离子在活性材料与电解液之间的扩散;我们直接将活性材料沉积在集流体上,能改善活性材料与集流体的接触,降低接触电阻,同时避免使用不导电的粘结剂,使大部分Ni_3S_2小颗粒保持了良好的电化学活性。
[Abstract]:In recent years, more and more serious problems have emerged in the fields of energy security and environmental safety. People have been working to solve these severe challenges and develop new materials and technologies for energy storage and high performance sensors. With the increasing demand for materials, the single component and simple structure of nanomaterials are often used. The nano composite materials with high performance and special structure have attracted more and more attention. Although nanocomposites have excellent properties, their research is still in the laboratory stage. Low cost and large-scale preparation of nanocomposites are still a worldwide problem. Cheap raw materials are of great significance for controlling the structure of the products and reducing the cost of synthesis. In view of this, this paper, from the perspective of structural design and composition optimization, explores the use of cheap organisms - bacteria as templates to prepare nanocomposites, and tries to use simple, easy to scale electrostatic spray deposition technology. Metal oxide (metal sulfide) / reduced graphene oxide nanocomposites with excellent properties are prepared. In this paper, we have done the following research work: (1) the ZnO hollow ball of Co_3O_4 trimming was prepared by the control precipitation method with the yeast as the template, and the mass fraction of the four oxide three cobalt was about 4. The hollow sphere basically replicates the morphology of the yeast, the ball wall is about 100 nm thick and the particle size is about 20 nm. We further studied the gas sensitivity of the hollow sphere to acetone. Compared with the pure ZnO hollow ball, the Co_3O_4 modified ZnO hollow sphere showed higher sensitivity and faster response and recovery to the toxic gas acetone. The excellent gas sensing properties of the compound.Co_3O_4 modified ZnO hollow sphere depend on its unique hollow structure, which facilitates the rapid diffusion of gas on the surface of the sensitive material; on the other hand, the P type four oxidation three cobalt modifies the N type Zinc Oxide to form a p-n junction, which can significantly improve the gas sensitivity of the material. (2) explore the use of static electricity. The spray deposition technique uses a one-step synthesis strategy to direct the preparation of layered nickel oxide (NiO) / reduced graphene oxide (rGO) nanocomposites on a concentrated fluid. We use a mixed solution of nickel acetate / graphene oxide as precursor, and the composite materials are deposited directly on the fluid by electrostatic spray deposition in the process of deposition. By heating the collector to decompose nickel acetate and reducing the graphene oxide, the thin film electrodes deposited on layers of NiO/rGO nanocomposites have been prepared. In the electrochemical test, the NiO/rGO composite exhibits high specific capacitance and good cycling performance. We avoid using non conductive adhesives in the preparation of the electrodes. Most of the active materials maintain good electrochemical activity. (3) explore the use of electrostatic spray deposition technology and use the two step synthesis strategy to prepare the Mn_3O_4/rGO flexible electrode. First, the reduction Potassium Permanganate method is used to prepare the small ball assembled by the Mn_3O_4 tablet. Then, the mixture of Mn_3O_4 and GO is used as a precursor, and the electrostatic spray deposition is used. The product technology deposited the composite directly on the carbon cloth. Under the heating condition, the graphene oxide was reduced to rGO.. We compared the electrochemical performance of the flexible electrode (GM) prepared by the traditional coating method (CG) and the electrostatic spray deposition method. It was found that the capacity of the GM and the cyclic stability were better than the CG. in the GM electrode and the active material. The contact with the collector is stronger and has a certain toughness, and the active material can still be fully contacted with the fluid in the time of repeated bending. While the CG electrode is bent, the active material is broken and shedding, resulting in the loss of capacity. (4) we explore the use of electrostatic spray technology to prepare the reduced graphite oxide nano composite. Using the two step synthesis strategy, the Ni_3S_2 particles with the diameter of 10 nm of the Ni_3S_2/rGO. diameter of the bacterial intercalation are evenly distributed on the rGO layer. As a carrier, rGO can effectively prevent the aggregation of small Ni_3S_2 particles together, and on the other hand, it can provide 3 dimensional conductive network for the small particles of Ni_3S_2; and the bacteria are placed in the bacteria. The rGO layer can effectively improve the contact between the active material and the electrolyte and the diffusion of the ions between the active material and the electrolyte. We directly deposited the active material on the fluid collector, which can improve the contact between the active material and the fluid, reduce the contact resistance, and avoid the use of non conductive adhesives to make most of the Ni_3S_2 small. The particles maintain good electrochemical activity.

【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.1;TB33

【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:1791874

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/1791874.html


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

版权申明:资料由用户05e4b***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