铜氧化物纳米阵列薄膜的构筑、改性与（光）电化学性能研究
发布时间：2021-11-15 21:54
铜氧化物纳米薄膜因其独特的能带结构、多样的形貌、纳米尺寸效应等特点在光电、超级电容、催化、传感等领域具有广阔的应用前景。本文采用阳极氧化法分别基于铜箔、泡沫铜构筑了铜氧化物纳米阵列薄膜,系统地研究了所获得薄膜的形貌、物相、组成特征和光电化学性能;在铜氧化物纳米阵列薄膜的基础上采用水热合成法构筑Cu/Ni基纳米复合薄膜,检测并评价其超级电容特性;随后以泡沫铜为基体材料,通过改变电解液成分调控氧化物薄膜的物相组成,进一步对比研究了单相CuO电极材料的赝电容、无酶传感性能;最后采用原位转化法研究基于阳极氧化制备的CuO纳米片阵列的金属有机框架（MOFs）材料的合成工艺,探索Cu-MOFs材料新的制备方法。主要研究工作和成果如下:（1）系统研究了基于铜箔的电化学阳极氧化法原位构筑铜氧化物纳米薄膜的制备工艺,探讨了工艺参数（电解液组成、电流密度、温度、阳极氧化时间、添加剂量等）对薄膜形貌、组成的影响,分析了阳极氧化成膜机理,并进一步研究了薄膜的光吸收特性和光电流效应。研究获得了优化的阳极氧化制备参数:阳极氧化电解液基本成分为150 g/L NaCl、40 g/L NaOH,0.51
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 金属氧化物
1.2.1 金属氧化物概述
1.2.2 几种典型的金属氧化物
1.2.3 金属氧化物纳米薄膜
1.2.4 金属氧化物纳米薄膜构筑方法
1.3 阳极氧化铜纳米薄膜
1.3.1 氧化铜
1.3.2 氧化亚铜
1.3.3 纳米铜氧化物的应用
1.3.4 阳极氧化铜纳米薄膜的研究现状
1.4 金属有机框架材料
1.4.1 概述
1.4.2 金属有机框架材料应用领域
1.4.3 基于Cu的金属有机框架材料的研究现状
1.5 本论文研究内容及意义
附：研究技术路线框图
2 基于铜箔的铜氧化物纳米薄膜阳极氧化法原位构筑及光电化学性能
2.1 引言
2.2 实验方案实施
2.2.1 实验方法
2.2.2 实验设备与主要材料
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 正交试验
2.3.2 制备参数优化
2.4 铜阳极氧化薄膜生长机理
2.5 铜阳极氧化纳米薄膜的表征与分析
2.5.1 XRD分析
2.5.2 XPS分析
2.5.3 TEM分析
2.6 铜阳极氧化纳米薄膜的光电化学特性
2.6.1 吸收光谱
2.6.2 光电效应
2.7 阳极氧化薄膜物相调控初探
2.7.1 阴离子交换膜在铜阳极氧化制备中的应用
2.7.2 葡萄糖对阳极氧化制备铜氧化物薄膜的影响
2.8 本章小结
3 NiOOH改性的CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜合成与超级电容特性
3.1 引言
3.2 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜水热沉积镍化合物的制备
3.2.1 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜基片的制备
3.2.2 NiOOH@CuO/Cu_2O纳米阵列的合成
3.3 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜水热沉积镍化合物表征与分析
3.3.1 形貌
3.3.2 物相与显微结构
3.4 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜水热沉积镍化合物形成机理
3.5 NiOOH@CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜的超级电容特性
3.5.1 循环伏安曲线
3.5.2 恒电流充放电
3.5.3 阻抗与循环稳定性
3.6 本章小结
4 一步法制备单相氧化铜纳米薄膜及赝电容、无酶传感性能
4.1 引言
4.2 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜的阳极氧化制备
4.2.1 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜制备方法
4.2.2 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜显微形貌
4.2.3 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜生长过程中物相分析
4.3 钼酸铵在阳极氧化法制备铜氧化物纳米阵列薄膜上的应用
4.3.1 钼酸铵对阳极氧化法制备铜氧化物薄膜形貌的影响
4.3.2 钼酸铵对阳极氧化铜氧化物物相组成和薄膜结构的影响
4.3.3 钼酸铵对阳极氧化铜氧化物薄膜生长过程的影响
4.4 基于泡沫铜的阳极氧化薄膜的赝电容性能
4.5 基于CuO纳米片阵列薄膜电极葡萄糖无酶传感性能初探
4.5.1 基于CuO纳米片阵列薄膜传感电极的制备
4.5.2 基于CuO纳米片阵列薄膜传感电极对葡萄糖的安培响应性能
4.5.3 基于CuO纳米片阵列薄膜传感电极的线性和抗干扰性
4.6 本章小结
5 基于阳极氧化CuO纳米片阵列的Cu多孔多面体材料的制备与表征
5.1 引言
5.2 基于CuO纳米片阵列的HKUST-1材料的原位转化
5.2.1 基于CuO纳米片阵列的HKUST-1材料的制备流程
5.2.2 温度对HKUST-1转化的影响
5.2.3 时间对HKUST-1形貌的影响
5.3 多孔CuO多面体的制备
5.4 本章小结
6 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 创新之处
6.3 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚多巴胺/铜微粒自组装多层膜的无酶葡萄糖传感器[J]. 罗明荣,王良良,张亚静,赵爽. 分析化学. 2016(06)
[2]金属氧化物异质结气体传感器气敏增强机理[J]. 唐伟,王兢. 物理化学学报. 2016(05)
[3]溶剂热法制备金属有机框架HKUST-1及其析氢性能[J]. 聂明,陆顺,李庆,刘晓卫,杜胜娟. 中国科学:化学. 2016(04)
[4]阳极氧化法制备阀金属氧化物纳米管的机理及影响因素[J]. 李力成,方东,李广忠,刘瑞娜,刘素琴,徐卫林. 化学进展. 2016(04)
[5]Cu-MOF前驱法制备CuO-TiO2及其光催化产氢性能[J]. 王萌,徐律,周燕南,刘红,黎军,陆小华. 南京工业大学学报(自然科学版). 2016(02)
[6]MOF作模板制备多孔Au/CuxO催化剂及其CO氧化性能[J]. 刘朋飞,张所瀛,杨祝红,陆小华. 化工学报. 2016(06)
[7]AZ31镁合金表面钼酸盐转化膜的制备与耐蚀性能[J]. 刘俊瑶,李锟,雷霆. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(01)
[8]合成工艺对金属有机骨架材料HKUST-1的影响[J]. 梁淑君,韩海军,刘英利,霍启煌. 中北大学学报(自然科学版). 2016(01)
[9]金属有机框架化合物HKUST-1的快速合成[J]. 游佳勇,张天永,刘艳凤,李彬,赵振东,黄俊浩. 高校化学工程学报. 2015(05)
[10]孔隙结构可调的Cu2O球状纳米结构及其NO2气体传感性质（英文）[J]. 张东凤,张岩,张华,齐娟娟,商旸,郭林. 物理化学学报. 2015(10)
博士论文
[1]过渡金属基MOFs材料的制备及其绿色催化应用研究[D]. 齐悦.北京科技大学 2016
[2]半导体金属氧化物纳米结构的构筑及其光电化学性能的研究[D]. 王娟.华南理工大学 2014
[3]金属氧化物纳米结构的热氧化法制备、生长机制及功能特性[D]. 钟明龙.华南理工大学 2012
[4]TiO2纳米管阵列的可控制备及气敏性能研究[D]. 王岩.合肥工业大学 2012
[5]纳米铜及氧化（亚）铜薄膜的微观结构及性能[D]. 张会平.吉林大学 2007
硕士论文
[1]铜氧化物薄膜制备与性能研究[D]. 郭存亚.哈尔滨工业大学 2014
[2]不同形貌、不同组分氧化亚铜的制备及其光催化性能研究[D]. 代佳.西南交通大学 2013
[3]WO3纳米片阵列薄膜的制备及其光电化学性能研究[D]. 杨娇.中南大学 2013
[4]CuO薄膜的制备及特性研究[D]. 张君善.陕西师范大学 2012
[5]基于镍与均苯三甲酸的金属—有机框架的合成与性质[D]. 魏峰.东北师范大学 2012
[6]氧化亚铜纳米八面体的可控制备、生长机理及光学性能的研究[D]. 杜庆田.青岛大学 2012
[7]HKUST-1纳米结构的制备、表征和氢气吸附性能研究[D]. 杜海强.南京大学 2011
[8]横向非均匀纳米硅（nc-Si）薄膜和氧化亚铜薄膜的制备及其特性研究[D]. 刘立慧.陕西师范大学 2011
[9]纳米半导体氧化亚铜的制备、表征及光电性能分析研究[D]. 耿巍.兰州大学 2010
[10]多晶硅太阳电池制作及氧化亚铜薄膜制备研究[D]. 孙杰.陕西师范大学 2010
本文编号：3497563
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 金属氧化物
1.2.1 金属氧化物概述
1.2.2 几种典型的金属氧化物
1.2.3 金属氧化物纳米薄膜
1.2.4 金属氧化物纳米薄膜构筑方法
1.3 阳极氧化铜纳米薄膜
1.3.1 氧化铜
1.3.2 氧化亚铜
1.3.3 纳米铜氧化物的应用
1.3.4 阳极氧化铜纳米薄膜的研究现状
1.4 金属有机框架材料
1.4.1 概述
1.4.2 金属有机框架材料应用领域
1.4.3 基于Cu的金属有机框架材料的研究现状
1.5 本论文研究内容及意义
附：研究技术路线框图
2 基于铜箔的铜氧化物纳米薄膜阳极氧化法原位构筑及光电化学性能
2.1 引言
2.2 实验方案实施
2.2.1 实验方法
2.2.2 实验设备与主要材料
2.3 实验结果与讨论
2.3.1 正交试验
2.3.2 制备参数优化
2.4 铜阳极氧化薄膜生长机理
2.5 铜阳极氧化纳米薄膜的表征与分析
2.5.1 XRD分析
2.5.2 XPS分析
2.5.3 TEM分析
2.6 铜阳极氧化纳米薄膜的光电化学特性
2.6.1 吸收光谱
2.6.2 光电效应
2.7 阳极氧化薄膜物相调控初探
2.7.1 阴离子交换膜在铜阳极氧化制备中的应用
2.7.2 葡萄糖对阳极氧化制备铜氧化物薄膜的影响
2.8 本章小结
3 NiOOH改性的CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜合成与超级电容特性
3.1 引言
3.2 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜水热沉积镍化合物的制备
3.2.1 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜基片的制备
3.2.2 NiOOH@CuO/Cu_2O纳米阵列的合成
3.3 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜水热沉积镍化合物表征与分析
3.3.1 形貌
3.3.2 物相与显微结构
3.4 CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜水热沉积镍化合物形成机理
3.5 NiOOH@CuO/Cu_2O纳米阵列薄膜的超级电容特性
3.5.1 循环伏安曲线
3.5.2 恒电流充放电
3.5.3 阻抗与循环稳定性
3.6 本章小结
4 一步法制备单相氧化铜纳米薄膜及赝电容、无酶传感性能
4.1 引言
4.2 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜的阳极氧化制备
4.2.1 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜制备方法
4.2.2 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜显微形貌
4.2.3 基于泡沫铜的铜氧化物纳米阵列薄膜生长过程中物相分析
4.3 钼酸铵在阳极氧化法制备铜氧化物纳米阵列薄膜上的应用
4.3.1 钼酸铵对阳极氧化法制备铜氧化物薄膜形貌的影响
4.3.2 钼酸铵对阳极氧化铜氧化物物相组成和薄膜结构的影响
4.3.3 钼酸铵对阳极氧化铜氧化物薄膜生长过程的影响
4.4 基于泡沫铜的阳极氧化薄膜的赝电容性能
4.5 基于CuO纳米片阵列薄膜电极葡萄糖无酶传感性能初探
4.5.1 基于CuO纳米片阵列薄膜传感电极的制备
4.5.2 基于CuO纳米片阵列薄膜传感电极对葡萄糖的安培响应性能
4.5.3 基于CuO纳米片阵列薄膜传感电极的线性和抗干扰性
4.6 本章小结
5 基于阳极氧化CuO纳米片阵列的Cu多孔多面体材料的制备与表征
5.1 引言
5.2 基于CuO纳米片阵列的HKUST-1材料的原位转化
5.2.1 基于CuO纳米片阵列的HKUST-1材料的制备流程
5.2.2 温度对HKUST-1转化的影响
5.2.3 时间对HKUST-1形貌的影响
5.3 多孔CuO多面体的制备
5.4 本章小结
6 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 创新之处
6.3 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚多巴胺/铜微粒自组装多层膜的无酶葡萄糖传感器[J]. 罗明荣,王良良,张亚静,赵爽. 分析化学. 2016(06)
[2]金属氧化物异质结气体传感器气敏增强机理[J]. 唐伟,王兢. 物理化学学报. 2016(05)
[3]溶剂热法制备金属有机框架HKUST-1及其析氢性能[J]. 聂明,陆顺,李庆,刘晓卫,杜胜娟. 中国科学:化学. 2016(04)
[4]阳极氧化法制备阀金属氧化物纳米管的机理及影响因素[J]. 李力成,方东,李广忠,刘瑞娜,刘素琴,徐卫林. 化学进展. 2016(04)
[5]Cu-MOF前驱法制备CuO-TiO2及其光催化产氢性能[J]. 王萌,徐律,周燕南,刘红,黎军,陆小华. 南京工业大学学报(自然科学版). 2016(02)
[6]MOF作模板制备多孔Au/CuxO催化剂及其CO氧化性能[J]. 刘朋飞,张所瀛,杨祝红,陆小华. 化工学报. 2016(06)
[7]AZ31镁合金表面钼酸盐转化膜的制备与耐蚀性能[J]. 刘俊瑶,李锟,雷霆. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(01)
[8]合成工艺对金属有机骨架材料HKUST-1的影响[J]. 梁淑君,韩海军,刘英利,霍启煌. 中北大学学报(自然科学版). 2016(01)
[9]金属有机框架化合物HKUST-1的快速合成[J]. 游佳勇,张天永,刘艳凤,李彬,赵振东,黄俊浩. 高校化学工程学报. 2015(05)
[10]孔隙结构可调的Cu2O球状纳米结构及其NO2气体传感性质（英文）[J]. 张东凤,张岩,张华,齐娟娟,商旸,郭林. 物理化学学报. 2015(10)
博士论文
[1]过渡金属基MOFs材料的制备及其绿色催化应用研究[D]. 齐悦.北京科技大学 2016
[2]半导体金属氧化物纳米结构的构筑及其光电化学性能的研究[D]. 王娟.华南理工大学 2014
[3]金属氧化物纳米结构的热氧化法制备、生长机制及功能特性[D]. 钟明龙.华南理工大学 2012
[4]TiO2纳米管阵列的可控制备及气敏性能研究[D]. 王岩.合肥工业大学 2012
[5]纳米铜及氧化（亚）铜薄膜的微观结构及性能[D]. 张会平.吉林大学 2007
硕士论文
[1]铜氧化物薄膜制备与性能研究[D]. 郭存亚.哈尔滨工业大学 2014
[2]不同形貌、不同组分氧化亚铜的制备及其光催化性能研究[D]. 代佳.西南交通大学 2013
[3]WO3纳米片阵列薄膜的制备及其光电化学性能研究[D]. 杨娇.中南大学 2013
[4]CuO薄膜的制备及特性研究[D]. 张君善.陕西师范大学 2012
[5]基于镍与均苯三甲酸的金属—有机框架的合成与性质[D]. 魏峰.东北师范大学 2012
[6]氧化亚铜纳米八面体的可控制备、生长机理及光学性能的研究[D]. 杜庆田.青岛大学 2012
[7]HKUST-1纳米结构的制备、表征和氢气吸附性能研究[D]. 杜海强.南京大学 2011
[8]横向非均匀纳米硅（nc-Si）薄膜和氧化亚铜薄膜的制备及其特性研究[D]. 刘立慧.陕西师范大学 2011
[9]纳米半导体氧化亚铜的制备、表征及光电性能分析研究[D]. 耿巍.兰州大学 2010
[10]多晶硅太阳电池制作及氧化亚铜薄膜制备研究[D]. 孙杰.陕西师范大学 2010
本文编号：3497563
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