几类结晶二维材料的制备及能源转化、催化应用
发布时间：2021-03-23 02:14
二维材料有着独特的平面拓扑结构,能够表现出与其结构相关的光学、电学以及催化方面的性质,有望颠覆人们对传统材料的认知。同时它也是当前乃至未来材料科学研究的一个重大方向。迄今为止,在二维材料的研究报道中,其仍缺少高效的制备方法、明确的构效关系以及新型的应用领域。所以发展新的制备方法、合成高度结晶的二维材料、拓宽二维材料的应用显得至关重要。本文主要在界面上、溶液中构筑了无机、有机两类结晶二维材料,研究了它们的结构及催化和光热转变性质,明确了其催化机理和光热转变原理,并且将其成功地应用于类酶催化及海水淡化等方面。论文主要由以下几部分组成:第一章:本部分概述了二维材料与共晶工程的制备方法、性质及材料应用方面的研究现状,提出了二维材料仍存在合成方法不能满足高结晶度与高效制备并存、缺少多功能型二维材料的问题,明确了采用以金属置换反应改善无机二维材料界面制备方法和利用共晶策略合成新型结晶二维材料的主要研究内容,旨在开发高效合成高度结晶二维材料的方法和应用。第二章:本部分通过把金属置换反应与界面反应相结合设计并合成了平均厚度为3.3 nm边长为1-10μm的正六边形超薄二维碱式碳酸铅纳米片,并且系统地研...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维材料结构示意图[8]
几类结晶二维材料的制备及能源转化、催化应用4个气体/蒸汽前体在腔内循环，其中的前体可以在衬底表面发生反应或分解。在适当的实验条件下可以在基板上获得超薄的二维纳米片。在某些生长过程中，需要在反应过程中使用催化剂，例如用于生长石墨烯。2006年，Somani和他的同事首次用化学气相沉积（CVD）技术证明了在镍基上从樟脑热解得到的厚石墨烯的生长[26]。尽管这项工作得到的石墨烯大约有30层，但它证明了利用CVD技术生长单层或多层石墨烯的可能性。受到这项工作的启发，许多人致力于优化实验条件，以实现单层或多层石墨烯片的生长。Beton和他的同事通过CVD法在沉积在SiO2/Si基板上的多晶镍薄膜上生长单层石墨烯[27]；Ruoff和他的同事以甲烷和氢气为气源，用CVD法在铜箔上生长了0.5mm的大面积单层石墨烯薄膜[28]；2012年，Li和同事将硫钼酸铵浸涂在衬底上，然后用硫蒸汽进行硫化[29]。这次实验首次证明了在绝缘衬底上通过热分解硫钼酸铵可以生长出几层厚MoS2纳米片。通过CVD法合成无机二维材料时，前体、衬底、催化剂、温度和气氛都决定了最终产物的结构特征。通过对这些实验参数进行微调，可调节材料的层数、结晶度和横向尺寸并且能够实现不同前驱体在不同衬底上的可控生长。目前的CVD方法仍存在一些不足之处。CVD法生长的超薄二维纳米材料通常沉积在基板上，需要转移到其它基板上进行进一步的研究和应用。化学气相沉积技术通常需要高温和惰性气体，因此与基于溶液的方法相比，其生产成本相对较高。图1-2化学气相沉积法制备石墨烯[27-29]Figure1-2GraphenewaspreparedbyCVD[27-29]
青岛科技大学研究生学位论文51.2.2.2湿化学合成法湿化学合成属于自下而上方法。它代表了所有的化学合成方法，它们依赖于在适当的实验条件下某些前体在溶液相中进行的化学反应[30-31]。湿化学合成由于其有效的可控性和高产量，被认为是一种制备大面积和厚度可控二维超薄纳米材料的方便、高效、可重复的方法。最具特色地是湿化学合成法可以将那些无法通过自上向下的方法制备非层状结构的材料制成二维超薄纳米材料。使其具有二维材料的特点拓宽其应用。湿化学合成与其它的合成方法有所不同。每种湿化学合成方法都没有普遍的原理，一种湿化学合成方法可能与另一种不同。其中水溶剂热合成法、外延生长法、二维模板合成法、晶体自组装法和界面合成法是几种常用的湿化学合成方法。（1）水溶剂热合成法水溶剂热合成法是一种典型的湿化学合成方法，以水或有机溶剂为反应介质，在密封的容器中，使用的反应温度高于溶剂的沸点。当封闭体系的温度高于溶剂体系的沸点时，溶剂将在高温高压下处于临界状态，以促进反应，提高合成的纳米晶的结晶度。该方法已广泛应用于制备超薄的无机二维纳米材料。其中典型无机二维材料，TMDs和MoS2纳米片就可以由易操作的水溶剂热合成法合成。Xie和同事报告在200℃的水中制得了少层多缺陷的MoS2纳米片。其层间距从6.15增大间距为9.5[32]。（2）外延生长法图1-3外延生长法制备Bi2Se3纳米片[33]Figure1-3Bi2Se3waspreparedbyepitaxialgrowthmethod[33]
本文编号：3094932
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维材料结构示意图[8]
几类结晶二维材料的制备及能源转化、催化应用4个气体/蒸汽前体在腔内循环，其中的前体可以在衬底表面发生反应或分解。在适当的实验条件下可以在基板上获得超薄的二维纳米片。在某些生长过程中，需要在反应过程中使用催化剂，例如用于生长石墨烯。2006年，Somani和他的同事首次用化学气相沉积（CVD）技术证明了在镍基上从樟脑热解得到的厚石墨烯的生长[26]。尽管这项工作得到的石墨烯大约有30层，但它证明了利用CVD技术生长单层或多层石墨烯的可能性。受到这项工作的启发，许多人致力于优化实验条件，以实现单层或多层石墨烯片的生长。Beton和他的同事通过CVD法在沉积在SiO2/Si基板上的多晶镍薄膜上生长单层石墨烯[27]；Ruoff和他的同事以甲烷和氢气为气源，用CVD法在铜箔上生长了0.5mm的大面积单层石墨烯薄膜[28]；2012年，Li和同事将硫钼酸铵浸涂在衬底上，然后用硫蒸汽进行硫化[29]。这次实验首次证明了在绝缘衬底上通过热分解硫钼酸铵可以生长出几层厚MoS2纳米片。通过CVD法合成无机二维材料时，前体、衬底、催化剂、温度和气氛都决定了最终产物的结构特征。通过对这些实验参数进行微调，可调节材料的层数、结晶度和横向尺寸并且能够实现不同前驱体在不同衬底上的可控生长。目前的CVD方法仍存在一些不足之处。CVD法生长的超薄二维纳米材料通常沉积在基板上，需要转移到其它基板上进行进一步的研究和应用。化学气相沉积技术通常需要高温和惰性气体，因此与基于溶液的方法相比，其生产成本相对较高。图1-2化学气相沉积法制备石墨烯[27-29]Figure1-2GraphenewaspreparedbyCVD[27-29]
青岛科技大学研究生学位论文51.2.2.2湿化学合成法湿化学合成属于自下而上方法。它代表了所有的化学合成方法，它们依赖于在适当的实验条件下某些前体在溶液相中进行的化学反应[30-31]。湿化学合成由于其有效的可控性和高产量，被认为是一种制备大面积和厚度可控二维超薄纳米材料的方便、高效、可重复的方法。最具特色地是湿化学合成法可以将那些无法通过自上向下的方法制备非层状结构的材料制成二维超薄纳米材料。使其具有二维材料的特点拓宽其应用。湿化学合成与其它的合成方法有所不同。每种湿化学合成方法都没有普遍的原理，一种湿化学合成方法可能与另一种不同。其中水溶剂热合成法、外延生长法、二维模板合成法、晶体自组装法和界面合成法是几种常用的湿化学合成方法。（1）水溶剂热合成法水溶剂热合成法是一种典型的湿化学合成方法，以水或有机溶剂为反应介质，在密封的容器中，使用的反应温度高于溶剂的沸点。当封闭体系的温度高于溶剂体系的沸点时，溶剂将在高温高压下处于临界状态，以促进反应，提高合成的纳米晶的结晶度。该方法已广泛应用于制备超薄的无机二维纳米材料。其中典型无机二维材料，TMDs和MoS2纳米片就可以由易操作的水溶剂热合成法合成。Xie和同事报告在200℃的水中制得了少层多缺陷的MoS2纳米片。其层间距从6.15增大间距为9.5[32]。（2）外延生长法图1-3外延生长法制备Bi2Se3纳米片[33]Figure1-3Bi2Se3waspreparedbyepitaxialgrowthmethod[33]
本文编号：3094932
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