石墨烯基复合材料的制备及其电化学催化性能研究

发布时间：2017-04-09 20:03

  本文关键词：石墨烯基复合材料的制备及其电化学催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直接醇类燃料电池是绿色高效清洁能源,成为新能源领域的研究热点,如何提高能量转换效率与利用率,其核心部件为阳极催化剂层,而该催化剂材料是研究的重点与热点。自从石墨烯材料问世以来,在各个领域的应用被不断拓展,由于其极大的比表面积与优异的电导性能,使其成为了电池催化剂载体材料的首选。一直以来,燃料电池的常用催化剂为Pt等贵金属材料,具有较好催化效果的同时也存在着诸多问题。如何寻找廉价易得的纳米金属材料催化剂,如何简便的得到性能良好且稳定的石墨烯基金属复合材料,就是本论文的研究重点。本文尝试用两种常用方法与一种特殊的复合材料制备方法制备石墨烯/镍基复合材料。首先对前驱材料氧化石墨烯的制备进行了研究,并发现在未加入硝酸钠的实验组得到的氧化石墨烯片层质量较高,透光性也较好。随后通过配置镀液溶液,利用传统的化学镀方法在磺化石墨烯的表面进行化学镀镍处理,该方法得到的化学镀复合材料形貌规整,纳米镍颗粒尺寸均匀分布且形貌较好,但是实验过程较为复杂;采用一种简便的原位还原方法制备石墨烯镍基复合材料,关键在于还原剂种类的选择以及表面活性剂的加入量,分别选用氧化石墨烯常见的还原试剂,水合肼、硼氢化钠、碘化氢试剂,研究发现三种还原剂对氧化石墨烯表面的含氧官能团的还原机理不同,得到的最终产物形貌差异较大,对比发现原位还原法中硼氢化钠是最适合的还原试剂;十二烷基苯磺酸钠作为常用的表面活性剂可以提高石墨烯表面的亲水性以及润湿性,有利于进一步的复合材料的制备,但十二烷基苯磺酸钠呈油性,加入量过多,会使得样品形貌变差;镍离子在碱性条件下会与水合肼发生反应生成一种络合物材料[Ni(N2H4)3]2+,继续反应生成镍,在得到还原石墨烯的同时与镍发生复合,该方法简单易于重复,而且复合材料的形貌良好。将后两种方法得到的样品配置成纳米催化剂涂层材料,利用三电极电化学工作站,选择循环伏安测试以及时间电流测试,在醇类的碱性溶液中对样品的催化氧化醇类能力进行测试表征。结果表明,两种方法制备的石墨烯纳米镍复合材料在常温下可以有效的催化氧化甲醇、乙醇。其中,原位还原法初始镍盐添加量为0.145 g时制备的样品催化甲醇性能最好,峰值电流出现在峰电位为0.736 V左右,峰值电流达到8.9 mA;配合物法初始镍盐添加量为0.131 g时纳米复合材料催化性能较好,催化甲醇时,峰值电流为8.71 mA,功率值为6.12 mW,催化乙醇时,峰值电流为2.273 mA,功率值为1.23 mW。
【关键词】：醇类燃料电池 石墨烯 复合材料 催化氧化
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O643.36
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 第一章 前言11-27
• 1.1 研究背景与意义11
• 1.2 石墨烯11-15
• 1.2.1 石墨烯的制备13-14
• 1.2.2 石墨烯的应用14-15
• 1.3 纳米镍及其复合材料制备方法15-18
• 1.3.1 机械球磨法16
• 1.3.2 气相法16
• 1.3.3 化学镀法16-17
• 1.3.4 液相还原制备法17
• 1.3.5 水热法17-18
• 1.4 纳米镍材料的应用18-19
• 1.5 直接醇类燃料电池19-24
• 1.5.1 概述19-21
• 1.5.2 醇类催化氧化反应机理21
• 1.5.3 直接醇类燃料电池催化剂载体材料研究21-22
• 1.5.4 直接醇类燃料电池催化剂负载材料研究22-23
• 1.5.5 镍基复合材料作为催化剂23-24
• 1.6 选题意义及本课题研究内容24-27
• 1.6.1 选题意义24-26
• 1.6.2 本课题研究内容26-27
• 第二章 实验材料及研究方法27-31
• 2.1 实验仪器与药品27-28
• 2.1.1 实验仪器室与设备27-28
• 2.1.2 实验药品28
• 2.2 电化学性质的研究方法28-29
• 2.2.1 电极的制备28-29
• 2.2.2 电解液的制备29
• 2.2.3 循环伏安测试（CV）与时间电流测试（i-T）29
• 2.3 表征方法29-31
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）29-30
• 2.3.2 透射电子显微镜（TEM）30
• 2.3.3 综合热分析仪（TG/DSC）30
• 2.3.4 X射线衍射（XRD）30-31
• 第三章 化学镀法制备镀镍石墨烯31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 氧化石墨烯的制备31-32
• 3.3 镀镍石墨烯的制备32
• 3.3.1 氧化石墨烯的亲水及还原处理32
• 3.3.2 敏化活化与还原处理32
• 3.3.3 石墨烯的镀镍32
• 3.4 结果与讨论32-40
• 3.4.1 氧化石墨烯的表征33-37
• 3.4.2 磺化石墨烯的透射电镜（TEM）表征37-38
• 3.4.3 镀镍石墨烯的表征38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 原位还原法制备石墨烯基含镍复合材料41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 氧化石墨烯的制备41
• 4.3 原位还原制备方法41-42
• 4.3.1 不同还原剂制备得到的石墨烯基含镍复合材料41-42
• 4.3.2 不同表面活性剂添加量得到的石墨烯基含镍复合材料42
• 4.3.3 不同镍盐添加量得到的石墨烯基含镍复合材料42
• 4.4 结果与讨论42-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第五章 配合物法合成石墨烯基含镍复合材料51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 实验部分51-52
• 5.2.1 氧化石墨烯的制备51
• 5.2.2 配合物液相还原的制备方法51
• 5.2.3 镍盐加入量与水浴温度对液相还原制备样品的影响51-52
• 5.3 配合物法制备得到样品的表征52-59
• 5.3.1 透射电镜（TEM）表征52-54
• 5.3.2 综合热分析表征54-55
• 5.3.3 X射线衍射表征55-56
• 5.3.4 红外光谱表征56-57
• 5.3.5 控制变量得到的样品表征57-59
• 5.4 本章小结59-61
• 第六章 复合材料作为醇类燃料电池催化剂的性能研究61-75
• 6.1 引言61
• 6.2 原位还原法制备的石墨烯基含镍复合材料的电化学表征61-67
• 6.3 配合物法制备的石墨烯基含镍复合材料的电化学表征67-73
• 6.4 小结分析73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-84
• 致谢84-85
• 攻读学位期间发表的学术论文目录85-87
• 附件87

【参考文献】

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1 张俊杰;路芳;于维强;卢锐;徐杰;;Ni/C催化剂上山梨醇氢解反应中碱对乳酸形成的影响（英文）[J];催化学报;2016年01期

2 赵龙志;刘武;张坚;赵明娟;;碳纳米管化学镀Ni/Ni_3P的表面改性研究[J];硅酸盐通报;2016年01期

3 刘阳达;姜世杭;吴功海;徐震宇;;浅谈化学镀Ni-W-Mo-P工艺研究[J];农业装备技术;2015年03期

4 杨绍斌;于海晶;沈丁;;热剥离温度对石墨烯结构及电性能的影响[J];材料导报;2015年10期

5 宋蕾;张代;白润英;文豪;冯楷民;;活性炭与TiO_2混合催化镍基体生物阴极微生物燃料电池性能研究[J];可再生能源;2015年04期

6 胡海娇;武晓阳;刘定富;;化学镀镍稳定剂的研究[J];电镀与环保;2015年02期

7 徐文焱;黄立;阙炎德;李恩;张海刚;林晓;王业亮;杜世萱;高鸿钧;;High quality sub-monolayer,monolayer,and bilayer graphene on Ru(0001)[J];Chinese Physics B;2014年09期

8 张亚媛;张沛龙;葛静;朱永国;;燃料电池应用现状及发展前景[J];新材料产业;2014年06期

9 李建秋;方川;徐梁飞;;燃料电池汽车研究现状及发展[J];汽车安全与节能学报;2014年01期

10 张敏;唐艳茹;丁鹏;赵仑;;直接甲醇燃料电池阳极催化剂进展中粒径和载体的作用[J];长春师范学院学报;2013年10期

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本文编号：295989