铜、镍纳米粒子/CVD石墨烯复合结构的制备与性能研究
发布时间：2020-12-23 00:41
金属纳米粒子由于具有大的比表面积和高的表面活性,在传感、催化等领域具有广泛的应用价值。其中铜,镍纳米粒子含量丰富,价格低廉,有望在催化和传感领域取代传统的贵金属,如金,银等。石墨烯具有优异的电学、力学、热学性能、良好的化学稳定性以及大的比表面积,成为负载金属纳米粒子的理想载体材料。将石墨烯与金属纳米粒子复合,石墨烯可以有效的支撑和固定金属纳米粒子,防止其团聚,并且利用石墨烯本身的高导电性为电荷转移提供通道,有望通过金属纳米粒子与石墨烯的协同作用,进一步提升单一金属纳米粒子和石墨烯的催化和传感性能。本论文通过置换反应法、电沉积以及CVD法制备了铜、镍纳米粒子/化学气相沉积（CVD）石墨烯复合结构,并且采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）和拉曼光谱仪（Raman spectra）等设备对所制备材料进行表征分析。并将复合材料应用于对对硝基苯酚催化和对过氧化氢的传感。主要结果如下:（1）利用CVD方法制备高质量的二维石墨烯薄膜,探讨了基底前处理,石墨烯薄膜的制备以及转移工艺。探讨了三维石墨烯的制备及转移工艺,制备转移出了具有较完整的...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）?（ｂ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＡＦＭ图；（ｃ）?（ａ－ｂ）图中位置的线扫??图；（ｄ）?（ｅ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＳＥＭ图［６（）１??２０１７年，成会民院士等发展了一种氧辅助方法，在铜箔的（１１１）晶面快速生长了??
Ｄｉｓｔａｎｃｅ?（ｈｉｔｉ｝?■＿：．細聊睡?ｚ??图１－２?（ａ）?（ｂ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＡＦＭ图；（ｃ）?（ａ－ｂ）图中位置的线扫??图；（ｄ）?（ｅ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＳＥＭ图［６（）１??２０１７年，成会民院士等发展了一种氧辅助方法，在铜箔的（１１１）晶面快速生长了??米级别的单晶石墨烯，使得单晶石墨烯的制备成本下降了几个数量级［６１＼其原理图见图??１－３。??〇－??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｄｒｉｖｉｎｇ?Ｏｘｉｄｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ??Ｃｕ?ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｇｒｏｗｔｈ??图１－３米级单晶石墨烯薄膜超快制备方法的原理图??１．３．２?ＣＶＤ制备三维泡沬石墨烯??ＣＶＤ法制备的金属泡沫（泡沫铜、泡沫镍）三维石墨烯由于其具有宏观的三维骨??架结构，相比于二维石墨烯薄膜有更大的比表面积而多被用来作为基底材料。与氧化还??原法制备的三维石墨烯水凝胶和气凝胶相比，ＣＶＤ三维泡沫石墨烯具有更少的缺陷因??此其导电性更好，使其在导电复合材料、超级电容器电极材料、生物催化、电化学传感??等许多领域得到广泛应用。??２０１１年成会明院士最先报道了利用泡沫镍制备三维石墨烯。他们通过化学气相沉积??法利用泡沫镍作为模板和催化剂制备了具有优异力学性能、高导电性等优点的三维石墨??烯。利用其相比于氧化还原法制备的石墨烯相具有缺陷少、良好的导电性、机械性能，??成会明等人将镍基底去除后获得具有连通骨架的三维石墨烯并将
到１０５０?°Ｃ，利用铜原子的蒸发，在气流的带动下，于６００?°Ｃ的基板沉积，并将甲烷通??入反应设备，利用甲烷在高温下裂解制备出石墨烯包覆铜纳米粒子复合结构。将复合结??构用于拉曼增强散射，取得了良好的效果，反应装置及原理如图１－４［７１１。??（ａ）?６００?？〇?１０５０?４Ｃ??ｑｕａｒｔｚ?ｇａｓ?ｆｌｏｗ??一－?１０?ｃｍ?■?Ｏｕ?ｆｏｉｌ??Ｖ?，??＼?Ｖ？?／?？?卞??Ｖ?＊?、＞，??（ｂ）?參？?＃。ｓ?？??參＃參??參參?．?＇?、：、??：．＇繁ｆ纖餐纖魏撕??＾?＊１４，?＊?？?Ｕ?參??ＣＨ４?ＣＮｘ?ｒａｄｉｃａｌｓ?Ｃ?Ｈ?Ｏｕ?Ｃｕ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?Ｇ／ＣｕＮＰｓ??图１－４?（ａ）制备装置示意图。包裹石英管壁的铜箔被用来供应铜纳米粒子同时作为催化剂，石??英衬底被放置在距离铜箔１０厘米处；（ｂ）漂浮的Ｃｕ和Ｈ催化ＣＨ４裂解生长石墨烯的原理图。Ｃｕ箔在??１０５０°Ｃ升华成铜原子，在一定浓度时形成铜纳米粒子。在ＨｊＤＣｔＵ混合气体的气氛下，石墨烯在Ｃｕ??纳米颗粒表面包覆生长［７１］??Ｙａｎｇ等人通过利用铜箔在气流带动作用下的蒸发，在不同水平面的沉积，加上高温??催化裂解甲烷，形成了石墨烯包覆铜纳米粒子的包覆结构，并应用于拉曼增强散射，得??到很好的效果。反应装置及原理如
【参考文献】：
期刊论文
[1]Metre-size single-crystal graphene becomes a reality[J]. Hui-Ming Cheng. Science Bulletin. 2017(15)
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[5]石墨烯/金属复合材料的研究进展[J]. 独涛,张洪迪,范同祥. 材料导报. 2015(03)
[6]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[7]“梦想照进现实”——从富勒烯、碳纳米管到石墨烯[J]. 杨全红. 新型炭材料. 2011(01)
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博士论文
[1]负载贵金属催化剂的新型碳基复合材料制备及性能研究[D]. 章明美.江苏大学 2014
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[3]纳米到微米级真空紫外用红色发光材料的制备及发光性质的研究[D]. 董其铮.兰州大学 2011
[4]纳米二氧化钛制备方法研究、性能研究及其应用[D]. 林萍.东华大学 2011
[5]铁纳米颗粒的制备、结构表征和性能研究[D]. 凌涛.清华大学 2009
硕士论文
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[2]贵金属/石墨烯纳米复合材料的制备及其性能研究[D]. 季凯.湖北大学 2013
[3]二氧化硅球负载金属及其电化学性能研究[D]. 谢思文.五邑大学 2011
本文编号：2932738
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）?（ｂ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＡＦＭ图；（ｃ）?（ａ－ｂ）图中位置的线扫??图；（ｄ）?（ｅ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＳＥＭ图［６（）１??２０１７年，成会民院士等发展了一种氧辅助方法，在铜箔的（１１１）晶面快速生长了??
Ｄｉｓｔａｎｃｅ?（ｈｉｔｉ｝?■＿：．細聊睡?ｚ??图１－２?（ａ）?（ｂ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＡＦＭ图；（ｃ）?（ａ－ｂ）图中位置的线扫??图；（ｄ）?（ｅ）卷成管状铜箔内侧和外侧生长石墨烯的ＳＥＭ图［６（）１??２０１７年，成会民院士等发展了一种氧辅助方法，在铜箔的（１１１）晶面快速生长了??米级别的单晶石墨烯，使得单晶石墨烯的制备成本下降了几个数量级［６１＼其原理图见图??１－３。??〇－??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｄｒｉｖｉｎｇ?Ｏｘｉｄｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ?ｅｐｉｔａｘｉａｌ??Ｃｕ?ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｇｒｏｗｔｈ??图１－３米级单晶石墨烯薄膜超快制备方法的原理图??１．３．２?ＣＶＤ制备三维泡沬石墨烯??ＣＶＤ法制备的金属泡沫（泡沫铜、泡沫镍）三维石墨烯由于其具有宏观的三维骨??架结构，相比于二维石墨烯薄膜有更大的比表面积而多被用来作为基底材料。与氧化还??原法制备的三维石墨烯水凝胶和气凝胶相比，ＣＶＤ三维泡沫石墨烯具有更少的缺陷因??此其导电性更好，使其在导电复合材料、超级电容器电极材料、生物催化、电化学传感??等许多领域得到广泛应用。??２０１１年成会明院士最先报道了利用泡沫镍制备三维石墨烯。他们通过化学气相沉积??法利用泡沫镍作为模板和催化剂制备了具有优异力学性能、高导电性等优点的三维石墨??烯。利用其相比于氧化还原法制备的石墨烯相具有缺陷少、良好的导电性、机械性能，??成会明等人将镍基底去除后获得具有连通骨架的三维石墨烯并将
到１０５０?°Ｃ，利用铜原子的蒸发，在气流的带动下，于６００?°Ｃ的基板沉积，并将甲烷通??入反应设备，利用甲烷在高温下裂解制备出石墨烯包覆铜纳米粒子复合结构。将复合结??构用于拉曼增强散射，取得了良好的效果，反应装置及原理如图１－４［７１１。??（ａ）?６００?？〇?１０５０?４Ｃ??ｑｕａｒｔｚ?ｇａｓ?ｆｌｏｗ??一－?１０?ｃｍ?■?Ｏｕ?ｆｏｉｌ??Ｖ?，??＼?Ｖ？?／?？?卞??Ｖ?＊?、＞，??（ｂ）?參？?＃。ｓ?？??參＃參??參參?．?＇?、：、??：．＇繁ｆ纖餐纖魏撕??＾?＊１４，?＊?？?Ｕ?參??ＣＨ４?ＣＮｘ?ｒａｄｉｃａｌｓ?Ｃ?Ｈ?Ｏｕ?Ｃｕ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?Ｇ／ＣｕＮＰｓ??图１－４?（ａ）制备装置示意图。包裹石英管壁的铜箔被用来供应铜纳米粒子同时作为催化剂，石??英衬底被放置在距离铜箔１０厘米处；（ｂ）漂浮的Ｃｕ和Ｈ催化ＣＨ４裂解生长石墨烯的原理图。Ｃｕ箔在??１０５０°Ｃ升华成铜原子，在一定浓度时形成铜纳米粒子。在ＨｊＤＣｔＵ混合气体的气氛下，石墨烯在Ｃｕ??纳米颗粒表面包覆生长［７１］??Ｙａｎｇ等人通过利用铜箔在气流带动作用下的蒸发，在不同水平面的沉积，加上高温??催化裂解甲烷，形成了石墨烯包覆铜纳米粒子的包覆结构，并应用于拉曼增强散射，得??到很好的效果。反应装置及原理如
【参考文献】：
期刊论文
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[2]国外CVD法制备石墨烯的创新研究[J]. 苏东艳. 江苏科技信息. 2016(01)
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[6]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[7]“梦想照进现实”——从富勒烯、碳纳米管到石墨烯[J]. 杨全红. 新型炭材料. 2011(01)
[8]对硝基苯酚催化加氢研究进展[J]. 姜元国,陈日志,邢卫红. 化工进展. 2011(02)
[9]石墨烯制备、表征及应用研究最新进展[J]. 乔峰,朱海涛. 化工新型材料. 2010(10)
[10]金属纳米粒子的制备与应用[J]. 魏建红,官建国,袁润章. 武汉理工大学学报. 2001(03)
博士论文
[1]负载贵金属催化剂的新型碳基复合材料制备及性能研究[D]. 章明美.江苏大学 2014
[2]化学气相沉积法生长高质量石墨烯及其光电性能研究[D]. 吴天如.南京航空航天大学 2012
[3]纳米到微米级真空紫外用红色发光材料的制备及发光性质的研究[D]. 董其铮.兰州大学 2011
[4]纳米二氧化钛制备方法研究、性能研究及其应用[D]. 林萍.东华大学 2011
[5]铁纳米颗粒的制备、结构表征和性能研究[D]. 凌涛.清华大学 2009
硕士论文
[1]过渡金属（镍、铜）及其复合材料的制备与催化性能研究[D]. 陈林.东北师范大学 2016
[2]贵金属/石墨烯纳米复合材料的制备及其性能研究[D]. 季凯.湖北大学 2013
[3]二氧化硅球负载金属及其电化学性能研究[D]. 谢思文.五邑大学 2011
本文编号：2932738
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