以共轭分子为柱撑单元的石墨烯三维组装体的制备及其性能

发布时间：2018-05-19 23:42

  本文选题：石墨烯三维组装体 + 光催化制氢　； 参考：《上海应用技术大学》2017年硕士论文

【摘要】：最近,关于石墨烯三维组装体的研究受到了越来越多的关注。研究发现,其在光催化制氢和降解、纳米电子学、能量储存和转换及生物传感器等领域均表现出优越的性能,被认为是一个具有广阔应用前景的功能材料。这主要是由于石墨烯三维材料具有高的比表面积、优异的传质性能和良好的柔韧性及多孔性等。因此,大量的三维石墨烯组装体及功能化材料被制备出来并得到了相应的研究。在三维石墨烯组装体的组装技术中,所采用的结合方式主要有两种:非共价结合和共价键结合。其中,利用非共价作用的连接方式不牢固并不利于石墨烯纳米片间的电子传递,而采用共轭分子作为中间体,利用共价键键合的方式所得到的石墨烯三维组装体则可能具有优异的电子传输性能。另一方面,众所周知,单价的金属离子是不能作为两层石墨烯片之间的交联体来组装具有三维网络结构的石墨烯材料。人们得到的往往是石墨烯/单价金属纳米颗粒复合材料。海绵具有丰富的三维大孔结构,将其作为一种载体,将其与石墨烯相结合则可能会得到类似于石墨烯三维组装体的具有优异性能的功能材料。基于上述考虑,我们对石墨烯三维组装体的制备及其性能进行了研究,具体内容及成果如下:1.以普通商用海绵作为载体及三维框架,负有银纳米颗粒的石墨烯作为组装单元,构建了银纳米颗粒/石墨烯/海绵纳米多级结构。同时对其形貌、光学性质等进行了系统的表征。随后,考察了其对对硝基苯酚氢化反应的催化活性以及催化剂用量、硼氢化钠浓度、石墨烯与银的比例、pH、温度等因素对其催化活性的影响规律。结果表明,该纳米结构对对硝基苯酚的氢化反应是一个性能优异的催化剂。在其催化作用下,4分钟内即可使10-4 moldm-3的对硝基苯酚降解99%。与传统银纳米颗粒相比,催化活性提高了6.75 倍。2.采用水热技术,以带有氯甲基的石墨烯作为组装单元,通过其与4, 4-联吡啶间的反应,制得了以4, 4-联吡啶作为柱撑单元的三维石墨烯组装体。同时对其形貌、光学性质等进行了系统的表征。随后,在紫外光照射下,考察了该三维石墨烯组装体的光催化制氢性能以及氧化石墨烯与4, 4-联吡啶的质量比、pH、牺牲剂浓度、搅拌速度等因素对其光催化活性的影响。最后,从实用角度出发,进一步考察了其循环稳定性。结果表明,在紫外光下,此三维石墨烯功能材料具有比P25更优异的制氢性能。其制氢速率可达1.07 molg-1h-1。此外,我们还发现在中性范围内时,该材料具有最好的制氢活性。当牺牲剂体积分数为15%时,该材料具有最好的制氢活性,牺牲剂浓度低于或高于15%其光催化制氢活性都会下降。而随着搅拌速度的增加其制氢活性一直增大,这可能是由于影响了溶液中物质传输速度所导致的。这些实验结果为以后具有相似结构的三维石墨烯基功能材料在光催化制氢领域中的应用提供了理论支持。3.利用层层组装法,以带有氯甲基的石墨烯作为组装单元,通过其与四吡啶基卟啉间的反应,在FTO片上构建了以吡啶基卟啉作为桥连体的三维石墨烯组装体。同时对其形貌、光学性质等进行了系统的表征。随后,考察了该电极的光电化学制氢活性以及pH、温度、光还原程度等因素对其光电化学行为的影响规律。我们发现,在相同条件下,该电极的计时电流强度远大于普通混合的石墨烯与卟啉电极。此外,通过线性扫描曲线的比较,我们还发现该电极具有比普通混合的石墨烯与卟啉电极更负的析氢电位。而且随着组装层数的增加,电极的光电流强度也随之增大。这些结果说明四吡啶基卟啉的引入为石墨烯纳米片间的电子传递提供了一个高效的电子通道。利用这个电子通道可以构筑一个具有较高活性的光电化学制氢催化剂。这对于今后高效光催化剂的设计也有一定的借鉴意义。
[Abstract]:This paper deals with the preparation and properties of graphene three - dimensional assembly , which is characterized by high specific surface area , excellent mass transfer performance and good flexibility and porosity . The results show that the nano - structure has high specific surface area , excellent mass transfer performance and good flexibility and porosity . The results show that , under the same conditions , the electrode has the best hydrogen production activity , and its hydrogen production activity is lower than that of ordinary mixed graphene and porphyrin electrode .
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34;O643.36

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本文编号：1912255