铁氧体复合物的设计及其在光催化剂和超级电容器中的应用

发布时间：2018-12-19 10:43

【摘要】：近年来,随着能源和环境问题的日益严峻,越来越多的高性能催化剂和电极材料被应用到光催化和储能领域。单组份催化剂和电极材料由于自身缺陷,往往难以满足性能要求。由于各组分之间的协同效应,多组分功能纳米复合材料具有比单一组分更优异的性能。在本论文中通过简易的软化学制备方法设计并制备了一系列基于磁性尖晶石型铁氧体的功能纳米复合材料,并研究了其作为可见光催化剂的催化性能和作为超级电容器电极材料的电化学性能。具体内容如下：1)铁氧体-多壁碳纳米管复合纳米材料的制备及光催化性能研究本论文首先通过简单的一步水热反应将铁氧体(包括CoFe2O4和NiFe2O4)纳米粒子均匀负载到多壁碳纳米管(MWNT)上制备出CoFe2O4-MWNT和NiFe2O4-MWNT 二元纳米复合光催化剂。利用MWNT良好的导电性来提高光生电子和空穴的有效分离,以期得到高的光催化活性,此外充分发挥磁性尖晶石型铁氧体的磁分离性能,获得可磁分离的高效光催化剂。结果表明,制备的CoFe2O4-MWNT和NiFe2O4-MWNT二元复合纳米催化剂在可见光下对亚甲基蓝具有很好的降解效果,在紫外光下对苯酚、邻硝基苯酚、对硝基苯酚和三硝基苯酚等具有良好的降解效果。2)铁氧体-聚苯胺复合纳米材料的制备及吸附、光催化性能研究本论文通过原位氧化聚合反应将导电聚苯胺均匀包覆在CoFe2O4纳米粒子表面,获得了可磁分离的CoFe2O4-PANI二元复合纳米材料。由于两者之间的协同效应,所制备的CoFe2O4-PANI二元复合纳米材料在可见光照射下对阴离子染料如甲基橙的降解效果明显优于单纯的CoFe2O4或PANI。由于酸掺杂的PANI骨架上带有正电荷,所获得的CoFe2O4-PANI 二元复合纳米材料对阴离子染料如甲基橙等具有十分显著的吸附效果,且吸附过程符合二级吸附动力学方程和Langmuir等温吸附模型。由于吸附效果的不同,所制备的CoFe2O4-PANI二元复合纳米材料在可见光照射下对阴离子染料如甲基橙等具有十分显著的降解效果。3)硫化镉-铁氧体复合纳米材料的制备及光催化性能研究硫化镉(CdS)是一种高效的可见光催化剂,但是单纯的CdS容易产生光腐蚀现象,多次循环之后光催化活性明显降低,并且反应之后CdS的回收分离十分困难。针对以上问题,本论文通过水热反应将CdS与铁氧体(包括ZnFe2O4和CoFe2O4)复合在一起分别制备出了可磁分离的CdS-ZnFe2O4和CdS-CoFe2O4二元纳米复合光催化剂,并通过可见光下催化降解罗丹明B和对氯苯酚的检测方法来研究其可见光催化降解能力和循环稳定性。由于铁氧体与CdS之间的协同效应提高了光生电子和空穴的有效分离,不仅使得所制备的CdS-ZnFe2O4和CdS-CoFe2O4二元复合光催化剂在可见光照射下对罗丹明B和对氯苯酚具有良好的光催化降解效果,而且提高了光催化剂的循环稳定性。4)二氧化钛-铁氧体-聚苯胺三元复合纳米材料的制备及光催化性能研究在二元复合材料的基础上,我们通过原位氧化聚合反应将导电PANI均匀包覆在二氧化钛(P25)和CoFe2O4复合材料表面制备出P25-CoFe2O4-PANI三元复合纳米材料,并研究了其对染料分子的吸附能力及可见光催化降解能力。以阴离子染料甲基橙为吸附物质研究了P25-CoFe2O4-PANI三元复合纳米材料的吸附能力,结果表明P25-CoFe2O4-PANI三元复合纳米材料对甲基橙等阴离子染料的吸附过程符合二级吸附动力学方程和Langmuir等温吸附模型。通过可见光催化降解不同染料来研究其光催化性能,结果表明与二元复合材料相比,三元复合纳米材料能够充分发挥各组分的优势,表现出更高的光催化活性。5)铁氧体-石墨烯-聚苯胺三元复合纳米材料的制备及储电性能研究本论文通过两步法制备出铁酸钻。石墨烯-聚苯胺和铁酸锰-石墨烯-聚苯胺三元复合纳米材料：首先通过水热反应将铁氧体纳米粒子负载到石墨烯表面,接着通过原位氧化聚合反应进行聚苯胺的包覆。电化学测试结果表明,所制备的铁氧体-石墨烯-聚苯胺三元纳米复合材料表现出比相应的二元复合材料和单元组分优异的电化学储能性能。三元纳米复合材料优异的电化学性能是由于其独特的纳米结构和各组分之间的协同效应所产生的。6)锰酸锌-石墨烯复合纳米材料的制备及储锂性能研究通过两步法制备出锰酸锌-石墨烯复合纳米材料,并研究其电化学储锂性能。锰酸锌-石墨烯复合纳米材料主要是由粒径大小为-4 nm的锰酸锌纳米粒子均匀负载在石墨烯片上所形成的。用做锂离子电池负极材料时,锰酸锌-石墨烯复合纳米材料表现出高的比容量值、优异的倍率性能及循环稳定性能。并且在0到60℃的温度范围内,锰酸锌-石墨烯复合纳米材料仍然能够表现出高的稳定的电化学性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

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本文编号：2386813