自组装法制备几种多维无机纳米材料及其性能研究

发布时间：2017-03-18 21:07

  本文关键词：自组装法制备几种多维无机纳米材料及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：具有特殊尺寸、特殊结构的无机纳米材料不仅具有纳米结构单元特有的一些性质,还可能具有由这些基本单元组合在一起后形成的协同效应,使得它们在能源存储与转化和处理环境污染问题方面有着广泛的应用前景和重要的使用价值,所以近年来人们一直致力于无机纳米材料的结构构筑工程。但目前,由于现有的无机纳米材料的合成方法的可控性较差,且缺少对材料的形成机理的解释以及材料的结构与其性能之间的联系,严重影响了无机纳米材料在能源存储与转化和处理环境污染方面的应用。本论文采用自组装法设计了合适的合成方案,实现了对几种多维无机纳米材料的可控合成,并且结合材料本身的性能和针对目前严重的能源短缺问题和环境污染问题,将其用于新型储能装置超级电容器或光催化降解高色度、难降解的有机废水污染物RhB的应用中。还对材料的结构与性能之间的相关性以及材料的形成机理做了初步的探讨。本课题的主要研究内容如下:1、采用自组装法中的自下而上法,利用表面活性剂分子在自组装过程中形成的反层状胶束作为无机前驱体的生长模板,于同一个反应体系中制备出了皆为2D结构的NiO和NiCo2O4材料,并通过XRD、FESEM、TEM、HRTEM、氮气吸附脱附曲线和电化学性能检测等,对样品的物相、结构、及电化学性能进行了测试和分析。通过FESEM和TEM分析的结果我们发现,NiO和NiCo2O4皆为均一的2D纳米片,其纳米片的平均长度和厚度分别为(0.24μm,9 nm)和(1~6μm,28 nm)。电化学性能测试结果表明,当电流密度为1 A/g时,NiO和NiCo2O4纳米片的比电容最大,分别为405和876 F/g。经过1000次循环后,Ni O和NiCo2O4纳米片分别保留了首次放电容量的88%和86.5%,这说明两种材料都具有良好的电化学性能和循环稳定性。2、利用表面活性剂分子在自组装过程中形成的反层状胶束作为TiO2前驱体盐的生长模板,并改变钛源的加入量,制备出了三种两相共存的TiO2。通过XRD、拉曼、FESEM,TEM、XPS、氮气吸附脱附曲线、PL、DRS及光催化性能实验对产物进行了表征。结果表明,三种材料都是由锐钛矿相和TiO2(B)相组成的双相TiO2,两相共存于TiO2可以有效地抑制光生电子空穴的复合,从而使材料表现出优异的光催化性能。此外,随着钛源量的增加,三种产物的微观结构从分散的2D纳米片慢慢变为由2D纳米片组成的3D球状聚集体,而且产物中锐钛矿相的相对比例及其比表面积也逐渐变大,这有助于提高材料对有机污染物RhB的吸附性能和光降解性能。在经过16分钟的紫外光照射后,溶液中的RhB被完全降解。在三种产物中,2.5-TiO2样品表现出最优的光降解性能。与此同时,循环性能的测试结果表明,2.5-TiO2样品还具有良好的循环稳定性和低的性能损失(8%)。3、通过将水热反应中的自组装过程和煅烧处理结合起来成功制备出了高纯度的一维Bi2GeO5纳米棒,并通过XRD、FESEM、TEM和TG等测试手段对其物相、形貌和光学性质进行了表征。另外,还通过光催化降解罗丹明B(RhB)实验测试了其光催化性能。结果表明,制得的产物Bi2GeO5纯度高,且具有均一的棒状形貌和良好稳定的光催化活性。随着Bi2GeO5光催化剂用量的增加,其催化降解RhB的效果先显著提高随后又降低,当Bi2GeO5的质量浓度为1.5 g/L、光照时间为150 min时其光降解率最高,达90.4%,优于文献报道的具有类似结构的材料的性能。
【关键词】：自组装 纳米结构 超级电容器 光降解
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 引言12-14
• 1.2 纳米材料的概述14-17
• 1.2.1 纳米材料的分类14-15
• 1.2.2 纳米材料的性能15-16
• 1.2.3 纳米材料的发展16-17
• 1.3 自组装制备多维纳米材料17-20
• 1.3.1 晶体结构各向异性导向合成18-19
• 1.3.2 有机高分子或表面活性剂导向合成19-20
• 1.4 多维纳米材料在能源和环境方面的应用20-22
• 1.4.1 超级电容器方面的应用20-21
• 1.4.2 光催化方面的应用21-22
• 1.5 本课题的研究内容22-24
• 2 自组装合成二维NiO和NiCo_2O_4纳米片及电化学性能研究24-41
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-28
• 2.2.1 实验药品25-26
• 2.2.2 实验仪器26
• 2.2.3 样品制备26-27
• 2.2.4 产物的表征与性能测试27-28
• 2.3 结果与讨论28-40
• 2.3.1 XRD分析28-30
• 2.3.2 微观结构分析30-32
• 2.3.3 BET分析32-33
• 2.3.4 形成机理分析33-35
• 2.3.5 电化学性能分析35-40
• 2.4 本章小结40-41
• 3 自组装制备三种形貌不同的双相TiO2及其光催化性能研究41-59
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42-45
• 3.2.1 实验药品42-43
• 3.2.2 实验仪器43
• 3.2.3 样品制备43-44
• 3.2.4 产物的表征及性能测试44-45
• 3.3 结果分析与讨论45-57
• 3.3.1 FTIR分析45-46
• 3.3.2 XRD分析46-47
• 3.3.3 拉曼分析47-48
• 3.3.4 XPS分析48-49
• 3.3.5 形貌分析49-51
• 3.3.6 BET分析51-52
• 3.3.7 形成机理分析52-53
• 3.3.8 光学性质分析53-54
• 3.3.9 光催化机理分析54-55
• 3.3.10 光催化性能分析55-57
• 3.4 本章小结57-59
• 4 一维Bi_2GeO_5纳米棒的制备及其光催化性能研究59-73
• 4.1 引言59-60
• 4.2 实验部分60-64
• 4.2.1 实验药品60-61
• 4.2.2 实验仪器61
• 4.2.3 样品制备61-62
• 4.2.4 产物的表征和性能检测62-64
• 4.3 结果与讨论64-72
• 4.3.1 XRD分析64-65
• 4.3.2 FTIR分析65-66
• 4.3.3 形貌分析66
• 4.3.4 TG分析66-67
• 4.3.5 形成机理分析67-68
• 4.3.6 UV-Vis DRS分析68-69
• 4.3.7 光催化性能分析69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 结论73-75
• 参考文献75-90
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果90-91
• 致谢91-92

【参考文献】

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本文编号：255031