掺杂型功能化碳材料在催化氧化与超级电容器中的应用

发布时间：2023-07-26 20:20

　　纳米碳材料具有比表面积大、孔结构丰富、电子传输速率高、导热性好、表面易被功能化修饰等优异的物理化学特性,因此常被用于能源、催化、环保、电子等重要的领域。在催化研究领域,纳米碳材料不但可以被用作催化活性组分的载体,其本身经功能化修饰后也可以被用作一些重要化学反应的非金属催化剂。在能源转化与存储研究领域,纳米碳材料以其优异的电子传输性能常被用作重要的电极材料。因此,发展新型功能化纳米碳材料并探索其在催化及能源相关领域的应用对于促进催化领域的绿色可持续发展与可再生能源的存储和利用具有重要的意义。本论文的主要研究结果如下:(1)发展了以羟基磷灰石为模板和促进剂、以含氮有机小分子1,10-邻菲罗啉为前体制备氮掺杂的功能化碳材料NC(HAP)的方法,并探索了该功能化碳材料作为催化剂和电极材料的应用。该含氮碳材料在苄胺氧化偶联反应中表现出较强的催化活性和产物选择性(转化率:95%,选择性:100%),作为超级电容器电极材料时,也表现出较好的电化学性能,在电流密度为0.5 A/g时的比电容为366 F/g,在10 A/g时经过5000次充放电循环,其电容保持率为98.5%。(2)发展了以甲壳素单体N-...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 功能化碳材料的研究现状
        1.1.1 功能化碳材料的制备
        1.1.2 功能化碳材料在催化领域中的应用
        1.1.3 功能化碳材料在超级电容器领域的应用
    1.2 羟基磷灰石简介
    1.3 论文构思
第二章 实验部分
    2.1 化学药品与试剂
    2.2 碳材料的制备
    2.3 材料的表征
        2.3.1 X射线衍射谱(XRD)
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 拉曼光谱仪(Raman)
        2.3.4 热重分析(TGA)
        2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.6 比表面孔径分析仪
        2.3.7 气相色谱仪(GC)
        2.3.8 气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)
        2.3.9 电化学工作仪
    2.4 催化性能测试
    2.5 电化学性能测试
        2.5.1 电极制备
        2.5.2 电化学测试
第三章 邻菲罗啉衍生的氮掺杂碳材料用于催化氧化反应和超级电容器的研究
    3.1 前言
    3.2 材料的制备
        3.2.1 合成NC(HAP)和g-C(HAP)
        3.2.2 合成NC(SiO₂),g-C(SiO₂),g-C(SiO₂)-Ca和 g-C(SiO₂)-P
    3.3 密度泛函理论计算
    3.4 催化氧化性能的测试
        3.4.1 催化氧化反应活性
        3.4.2 检测反应过程中产生的过氧化氢
        3.4.3 捕获反应中间体的实验
        3.4.4 NC(HAP)上掩蔽羰基实验
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 羟基磷灰石在制备NC(HAP)中的作用
        3.5.2 HRTEM分析
        3.5.3 XPS表征
        3.5.4 氮气吸脱附实验
        3.5.5 催化活性的测试
        3.5.6 催化反应机理研究
        3.5.7 电化学性能测试
    3.6 本章小结
第四章 甲壳素单体衍生的氮掺杂碳材料应用于超级电容器
    4.1 引言
    4.2 材料制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 结构表征
        4.3.2 氮气吸脱附实验
        4.3.3 SEM和 TEM分析
        4.3.4 XPS表征
        4.3.5 电化学性能测试
    4.4 本章小结
第五章 木质素磺酸钠衍生的硫掺杂碳材料应用于超级电容器
    5.1 引言
    5.2 材料制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 XRD与 Raman分析
        5.3.2 氮气吸脱附实验
        5.3.3 XPS表征
        5.3.4 HRTEM表征
        5.3.5 电化学性能的测试
    5.4 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的科研成果



本文编号：3837489