石墨烯基金属复合材料的制备及催化应用

发布时间：2017-08-28 22:34

  本文关键词：石墨烯基金属复合材料的制备及催化应用

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【摘要】：石墨烯,由于二维蜂窝晶格结构的特殊性,使其具有许多独特的性质,如大的比表面积、良好的吸附能力、高的化学稳定性和规整的平面二维结构等,可作为一种开发大规模、高性能石墨烯基纳米复合材料的理想载体,在锂离子电池、超级电容器、光催化、生物传感器等方面都有着广泛的应用。金属纳米颗粒由于粒径小、比表面积大、具有独特的物理化学性质而受到广泛关注,但由于容易团聚的缺陷,使得其应用受到很大限制,所以金属颗粒的分散和保护一直是研究者们关注的热点。将石墨烯与金属纳米颗粒复合,在两者的协同作用下既能加速电荷转移,又能展现优异的导电性和催化性能。本文合成了三种石墨烯基金属复合材料,分别是石墨烯/镍纳米复合材料、石墨烯/钴/镍复合材料和石墨烯/银/溴化银复合材料,保护了金属颗粒的分散性并提高了复合材料的催化活性,具体内容如下:(1)以氧化石墨烯和硝酸镍为原料,在乙二醇的还原作用下,通过一步水热反应制备了石墨烯/镍纳米复合材料的前驱体,再在450℃的氩气环境中煅烧2小时得到石墨烯/镍材料。采用SEM、TEM、EDS、XRD、FTIR等对其进行表征,研究了该材料对抗坏血酸的电催化性能,以及PH、不同扫描速率对抗坏血酸电催化性能的影响。结果表明,石墨烯/镍材料修饰电极对抗坏血酸具有良好的电催化活性,线性范围和检出限分别为0.01 mM-1.15 mM(r=0.99919)和0.61?M,并探讨了其电催化机理。(2)以氧化石墨烯、硝酸镍和硝酸钴为原料,在乙二醇的还原作用了合成了石墨烯/钴/镍的前驱体,通过在550℃的Ar中煅烧2小时成功制备了石墨烯/钴/镍复合材料,并制备了石墨烯/钴/镍修饰电极,探讨了其对多巴胺的电催化性能及催化机理,该实验检测的线性范围为10?mol/L-2250?mol/L(r=0.99837),检出限为0.119?mol/L,其信噪比为3。(3)以抗坏血酸为还原剂,以氧化石墨烯、硝酸银、十六烷基三甲基溴化铵为原料,一步水热合成了石墨烯/银/溴化银复合材料,其中十六烷基三甲基溴化铵既是表面活性剂,也提供了溴元素。采用SEM、TEM、EDS和XRD等对产物的形貌、结构、元素组成进行了表征,发现复合材料对罗丹明B染料有很好的光催化降解效果,对PH、催化剂量、掺杂石墨烯的量进行优化,并用交流阻抗法进一步研究了复合材料的电子传递情况,研究了复合材料的光催化性能以及作为催化剂的循环使用性能,也探讨了其光催化机理。
【关键词】：石墨烯 金属颗粒 光催化 电催化
【学位授予单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333;O643.36
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章 前言9-17
• 1.1 纳米材料概述9
• 1.2 石墨烯概述9-11
• 1.2.1 石墨烯的结构9-11
• 1.2.2 石墨烯的性质11
• 1.2.3 石墨烯的应用11
• 1.3 石墨烯基复合材料11-13
• 1.3.1 石墨烯无机纳米复合材料12
• 1.3.2 石墨烯聚合物复合材料12-13
• 1.4 石墨烯基复合材料的应用13-14
• 1.4.1 电化学传感器13
• 1.4.2 光催化应用13-14
• 1.4.3 燃料电池14
• 1.4.4 吸附剂14
• 1.5 本论文的研究背景、内容及意义14-17
• 1.5.1 本论文的研究背景14-15
• 1.5.2 本论文的主要内容15
• 1.5.3 本论文的研究意义15-17
• 第2章 石墨烯/镍纳米复合材料的制备及其对抗坏血酸的电化学检测应用17-29
• 2.1 前言17
• 2.2 实验部分17-19
• 2.2.1 实验主要药品和仪器17-18
• 2.2.2 实验主要步骤18-19
• 2.2.2.1 石墨烯/镍复合材料的合成18-19
• 2.2.2.2 rGO/Ni/GCE修饰电极的制备及其电化学测定19
• 2.3 结果与讨论19-28
• 2.3.1 rGO/Ni复合材料的表征19-24
• 2.3.2 rGO/Ni复合材料的电催化性能24-28
• 2.3.2.1 缓冲溶液PH的优化24-25
• 2.3.2.2 不同扫描速率的影响25-26
• 2.3.2.3 抗坏血酸的测定26-27
• 2.3.2.4 电催化机理27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 石墨烯/镍/钴复合材料的制备及其对多巴胺的电化学检测29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 实验部分29-31
• 3.2.1 实验主要药品和仪器29-30
• 3.2.2 实验主要步骤30-31
• 3.2.2.1 石墨烯/镍/钴复合材料的合成30-31
• 3.2.2.2 rGO/Ni/GCE修饰电极的制备及其电化学测定31
• 3.3 结果与讨论31-39
• 3.3.1 rGO/Ni/Co复合材料的表征31-35
• 3.3.2 多巴胺的电化学行为35-39
• 3.3.2.1 缓冲溶液PH的优化35-36
• 3.3.2.2 及不同扫描速率的影响36-37
• 3.3.2.3 检测多巴胺37-39
• 3.4 电催化机理39
• 3.5 小结39-40
• 第4章 石墨烯基银溴化银复合材料的制备及对罗丹明B光降解的研究40-52
• 4.1 前言40-41
• 4.2 实验部分41-42
• 4.2.1 实验主要药品和仪器41
• 4.2.2 实验主要步骤41-42
• 4.2.2.1 石墨烯/银/溴化银复合材料的合成41-42
• 4.2.2.2 光降解实验42
• 4.3 结果与讨论42-52
• 4.3.1 rGO/Ag/AgBr复合材料的表征42-44
• 4.3.2 rGO/Ag/AgBr复合材料的光催化性能44-49
• 4.3.2.1 溶液PH对光催化降解RhB的影响45-46
• 4.3.2.2 不同rGO/Ag/AgBr催化剂量对光催化降解RhB的影响46-47
• 4.3.2.3 不同石墨烯掺杂量对光催化降解RhB的影响47-48
• 4.3.2.4 光催化剂的稳定性检测48-49
• 4.3.3 修饰电极的电化学交流阻抗研究49-50
• 4.3.4 光催化机理的研究50-51
• 4.3.5 本章小结51-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52
• 5.2 展望52-54
• 参考文献54-69
• 致谢69-72
• 在学期间的科研情况72

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