石墨烯空心球的可控制备及其电催化性能研究

发布时间：2017-08-10 04:20

  本文关键词：石墨烯空心球的可控制备及其电催化性能研究

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【摘要】：化石燃料的广泛使用给人类带来了全球气候变暖,能源短缺和雾霾等严重的环境问题。而燃料电池作为一种高效、清洁的能源因其能量转换效率高、安全性能好受到了国内外的广泛关注。然而燃料电池中铂基催化剂价格昂贵、资源短缺限制了其商业化进程。因此,开发新型的非贵金属氧还原催化剂成为了学术界研究的热点。石墨烯基的碳纳米材料因其高的比表面积、高导电性而在氧还原电催化应用中得到了广泛的关注。本论文首先以正硅酸乙酯为起始原料,可控的合成了不同直径的二氧化硅球,并使用重力沉降法对二氧化硅球进行了自组装。然后以二氧化硅为模板、甲烷为碳源,通过CVD的方法可控的合成了一种新颖的具有三维连续结构的石墨烯空心球材料,实验结果表明这种三维连续结构的碳材料具有与铂相当的活性、更好的稳定性和抗甲醇中毒性。材料优良的性能可能来源于三维的连续结构所提供的高速的运输通道以及连续结构所保证的稳定的电子传递效率。此外,通过对二氧化硅球进行刻蚀,然后再以CVD法直接催化生长石墨烯,得到具有刺状结构的海胆状的空心石墨烯球,电化学测试表明该材料具有良好的稳定性和抗甲醇中毒性,具有潜在的应用价值。
【关键词】：二氧化硅 石墨烯球 氧还原反应 燃料电池
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71;TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-30
• 1.1 纳米材料述10-11
• 1.1.1 纳米材料简介10
• 1.1.2 纳米材料的特性10-11
• 1.2 碳纳米材料概述11-14
• 1.2.1 富勒烯12-13
• 1.2.2 碳纳米管13-14
• 1.3 石墨烯14-18
• 1.3.1 石墨烯的结构14-15
• 1.3.2 石墨烯的性质15-16
• 1.3.3 石墨烯的制备16-18
• 1.4 三维石墨烯的制备18-20
• 1.5 二氧化硅纳米球20-21
• 1.5.1 纳米二氧化硅简介20
• 1.5.2 纳米二氧化硅的制备20-21
• 1.6 燃料电池概述21-26
• 1.6.1 燃料电池的基本结构及工作原理22
• 1.6.2 燃料电池的分类22-24
• 1.6.3 燃料电池的阴极氧还原机理24-26
• 1.6.4 燃料电池阴极氧还原催化剂26
• 1.7 论文背景、意义及主要研究内容26-30
• 1.7.1 论文选题的背景及意义26-28
• 1.7.2 研究内容28-30
• 第二章 单分散二氧化硅纳米球的可控制备及自组装30-40
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-32
• 2.2.1 实验药品31
• 2.2.2 实验仪器31
• 2.2.3 单分散二氧化硅球的制备31-32
• 2.2.4 二氧化硅球的自组装32
• 2.3 实验结果与讨论32-38
• 2.3.1 反应机理32-33
• 2.3.2 正硅酸乙酯的量对二氧化硅球直径的影响33-36
• 2.3.3 自组装的二氧化硅的形貌表征36-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第三章 具有三维连续结构的石墨烯空心球纳米材料的可控制备及其在氧还原电催化中研究40-60
• 3.1 引言40-42
• 3.2 实验部分42-46
• 3.2.1 主要实验试剂42
• 3.2.2 主要实验表征仪器42-43
• 3.2.3 三维连续结构的石墨烯空心球的制备43-44
• 3.2.4 实验样品的物理参数的表征44-45
• 3.2.5 实验产物的电化学性能测试45-46
• 3.3 实验结果与讨论46-59
• 3.3.1 正硅酸乙酯的浓度对二氧化硅直径的影响46-47
• 3.3.2 石墨烯空心球的形貌表征47-48
• 3.3.3 正硅酸乙酯的浓度对石墨烯空心球直径的影响48-49
• 3.3.4 温度对宏观石墨烯空心球的颜色的影响49-50
• 3.3.5 温度对石墨烯空心球的石墨层厚度的影响50-52
• 3.3.6 石墨烯空心球的结构表征52-53
• 3.3.7 循环伏安测试53
• 3.3.8 线性扫描伏安测试53-55
• 3.3.9 组装的材料与没组装的材料的催化性能的比较55-56
• 3.3.10 材料的电子转移数的计算56-58
• 3.3.11 材料的抗毒性和稳定性的测试58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 海胆状的空心石墨烯球的合成及其在氧还原电催化剂中的应用研究60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 实验部分61-64
• 4.2.1 实验药品61
• 4.2.2 实验表征仪器61-62
• 4.2.3 海胆状空心石墨烯球的合成62
• 4.2.4 实验样品的物理参数的表征62-63
• 4.2.5 实验产物的电化学性能测试63-64
• 4.3 实验结果与讨论64-69
• 4.3.1 海胆状石墨烯材料的扫描电镜表征64-65
• 4.3.2 海胆状空心石墨烯球的透射电镜表征65
• 4.3.3 海胆状空心石墨烯球的结构表征65-66
• 4.3.4 循环伏安测试66-67
• 4.3.5 线性扫描伏安测试67
• 4.3.6 材料的抗毒性和稳定性的测试67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 总结及展望70-72
• 参考文献72-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 梁勇,战可涛;纳米碳管的研究发展概况[J];粉体技术;1998年04期

2 刘雁;;燃料电池 人类未来的能源终极解决方案[J];资源与人居环境;2007年05期

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本文编号：648805