硒基纳米材料的制备及其催化和热电性质研究

发布时间：2017-05-13 12:20

  本文关键词：硒基纳米材料的制备及其催化和热电性质研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：环境污染与能源危机是现代人类文明所面临的两大难题。水污染物的催化降解是环境治理领域的重点之一,而热电材料则是一种能将废热转变为电能的新能源材料。本论文在国内外大量文献调研的基础上,采用水热法及胶体油相法制备了四种硒基纳米材料及其复合物,研究了它们在催化及热电领域的潜在应用。主要研究内容如下：1. Co0.85Se-TiO2薄膜的水热合成及其对对硝基苯酚与水合肼的催化降解在实验室前期合成Co0.85Se纳米薄膜的基础上,以钛酸正四丁酯(TBOT)为钛源、乙二醇与一次水为溶剂,在氨水的辅助下,水热合成了Co0.85Se-TiO2纳米复合薄膜,探讨了氨水对复合物合成的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)及选区电子衍射(SAED)等测试技术对合成物质的结构组成和形貌进行了表征。结果表明,尺寸约为10nm的Ti02颗粒被均匀地负载在了类石墨烯状的Co0.85Se表面。利用比表面积测试(BET)手段得出复合材料的比表面积(199.3 m2g-1)大于单一的Co0.85Se薄膜(55.17 m2g-1)和Ti02颗粒(19.49 m2 g-1)的比表面积。催化性质测试表明,相较于Co0.85Se和TiO2, Co0.85Se-TiO2纳米复合物表现出最佳的催化还原对硝基苯酚(4-NP)及降解水合肼的活性,仅分别用时10分钟和8分钟。对复合材料的循环测试结果表明其对4-NP具有稳定的转换效率。探讨了复合物催化活性提高的原因。2. Cu2SnSe3-Ag、CuFeSe2-Ag纳米复合物的合成及其热电性质研究基于实验室前期的工作,采用胶体油相法合成了单分散性良好的Cu2SnSe3 (CTSe)、CuFeSe2 (CISe)、Ag纳米晶。利用X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等测试技术对两种合成样品的物相组成、形貌和粒径进行了表征。结果显示所合成的CTSe与CISe均为粒径在8 nm左右的纳米晶,合成的Ag纳米颗粒(AgNPs)的粒径则为4 nm,且能很好地分散在三氯甲烷中。通过一种简单的滴加法向CTSe与CISe掺入了一系列特定比例的Ag纳米颗粒,将其热压制得了测试用块体。相关的热电测试表明在以CTSe为基体掺杂Ag NPs的热电材料中,CTSe-1% mol Ag样具有最佳的热电优值(zT=0.23,655 K),相较纯相CTSe (zT=0.18,655 K)提高了27%,讨论了其热电性能不佳的原因；对于以CISe为基体掺杂Ag NPs的热电材料,探讨了其电传输性能,结果显示CISe-1% mol Ag在高温区(550 K)具有最佳的电传输表现,而CISe-5% mol Ag样则在中低温区(550 K)具有最佳的电传输性能。3.单分散CuAgSe纳米晶的油相合成及其热电性质研究将Se粉于室温下溶入油胺(OM)与正十二硫醇(DT)的混合液,搅拌均匀后作为硒源,注射到特定温度下的以油胺为溶剂的CuCl、AgNO3阳离子源溶液中反应一定时间,以胶体油相法成功地制备了纯组分的CuAgSe纳米晶。采用XRD、EDX、TEM等手段表征了产物的组成与形貌,探讨了反应温度、反应时间以及溶剂种类对CuAgSe合成的影响,确定了最佳的反应条件。采用红外(FT-IR)表征了样品在洗涤前后表面的基团残留情况。收集足够样品两份,采用氨基钠的甲醇溶液洗涤掉纳米晶表面的有机基团后,对其中一份进行煅烧处理,采用热重分析(TG-DTA)测定了样品的热稳定性,以选择合适的热压温度与热电测试区间。将材料热压成致密的圆形块体后,在适宜的温度区间对其热电性能进行测试。测试结果表明,CuAgSe洗样在中低温p相时具有较好的热电性能,在410 K左右时其zT值达到0.35；进入α相(478 K)后其热电性能随着温度上升迅速增加,567 K时达到0.44；样品在478 K时会发生相转变,同时由N型半导体转变为P型半导体,这使得其在热电控制器件领域也具有潜在应用。经煅烧处理的CuAgSe样品不会发生N-P转换,其zT值总体上随着温度上升而不断增加,在567 K时达到最大值0.72,表现出很好的热电性能。
【关键词】：Co_(0.85)Se-TiO_2 Cu_2SnSe_3-Ag CuFeSe_2-Ag CuAgSe 催化降解 热电
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-33
• §1.1 硒基纳米材料概述11-13
• 1.1.1 纳米材料概述11-12
• 1.1.2 硒基纳米材料概述12-13
• §1.2 硒基纳米材料的研究13-20
• 1.2.1 硒基纳米材料的合成方法13-18
• 1.2.2 零维硒基纳米材料的研究18-19
• 1.2.3 一维硒基纳米材料的研究19
• 1.2.4 二维硒基纳米材料的研究19-20
• §1.3 硒基纳米材料的应用20-22
• 1.3.1 催化领域20-21
• 1.3.2 热电领域21-22
• §1.4 本论文的选题背景和研究内容22-24
• 参考文献24-33
• 第二章 Co_(0.85)Se-TiO_2薄膜的水热合成及其对对硝基苯酚的催化还原与水合肼降解33-61
• §2.1 引言33-34
• §2.2 实验部分34-38
• 2.2.1 实验试剂及器材34-36
• 2.2.2 Co_(0.85)Se-TiO_2纳米复合材料的合成36
• 2.2.3 催化还原对硝基苯酚实验36-37
• 2.2.4 降解水合肼实验37-38
• §2.3 结果与讨论38-50
• 2.3.1 产物Co_(0.85)Se-TiO_2纳米复合材料的组成及形貌表征38-40
• 2.3.2 Co_(0.85)Se-TiO_2纳米复合材料的BET表征40-41
• 2.3.3 NH_3·H_2O对合成Co_(0.85)Se-TiO_2纳米复合材料的影响41-42
• 2.3.4 催化还原对硝基苯酚的实验42-46
• 2.3.5 降解水合肼的实验46-47
• 2.3.6 复合物催化还原4-NP的活性得到提高的机理探究47-50
• §2.4 本章小结50-52
• 参考文献52-61
• 第三章 Cu_2SnSe_3-Ag、CuFeSe_2-Ag纳米复合物的合成及其热电性质研究61-79
• §3.1 引言61-63
• §3.2 实验部分63-68
• 3.2.1 实验试剂及器材63-64
• 3.2.2 实验步骤64-66
• 3.2.3 样品的热电性质测试前准备66-67
• 3.2.4 样品的表征与测试67-68
• 3.2.5 热电性质的测试68
• §3.3 结果与讨论68-75
• 3.3.1 CTSe、CISe纳米晶与Ag NPs的表征68-71
• 3.3.2 复合物的热电性质测试71-75
• §3.4 本章小结75-76
• 参考文献76-79
• 第四章 CuAgSe纳米晶的油相合成及其热电性质研究79-103
• §4.1 引言79-81
• §4.2 实验部分81-85
• 4.2.1 实验试剂及器材81-83
• 4.2.2 实验步骤83
• 4.2.3 样品的热电性质测试前准备83-84
• 4.2.4 样品的表征与测试84-85
• 4.2.5 热电性质的测试85
• §4.3 结果与讨论85-98
• 4.3.1 CuAgSe纳米晶的表征85-88
• 4.3.2 影响因素探讨88-92
• 4.3.3 CuAgSe纳米晶的热电性质测试92-97
• 4.3.4 洗样、烧样的热电性质差异分析97-98
• §4.4 本章小结98-99
• 参考文献99-103
• 致谢103-104
• 硕士期间完成的论文及申请的专利104

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本文编号：362550