基于咪唑盐离子液体新型纳米复合材料及碳材料的研制

发布时间：2017-08-14 22:24

  本文关键词：基于咪唑盐离子液体新型纳米复合材料及碳材料的研制

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【摘要】：离子液体具有优异的物理化学性能,如几乎不挥发性、良好的热稳定性、电化学窗口宽、高的导电性以及化学稳定性好、很好的离子交换能力等因而被广泛应用。贵金属金、铂和银等具有较强的催化活性,它们的纳米粒子被广泛地应用于各种催化反应,但在反应过程中纳米粒子容易团聚,影响了催化剂效率。本文基于离子液体设计合成了一种新型纳米复合材料。燃料电池能量转换率高、无污染、可连续大功率放电,作为清洁、高效的可持续发展的新能源体系已经获得极大关注度,成为解决全球性环境污染以及能源危机的有效途径之一,然而,电池的阳极和阴极上使用的贵金属Pt类催化剂储量少、价格高,导致燃料电池成本高昂,限制了燃料电池的大规模商业应用。本文基于离子液体设计合成了新型非贵金属的Fe-N共掺杂碳材料催化剂。本论文的主要研究内容如下:(1)首先采用阳离子聚合法合成导电聚合物纳米管,然后在聚合物纳米管表面接枝咪唑基团,接下来通过阴离子交换使其表面修饰阴离子Au Cl4-,最后原位还原在聚合物纳米管表面沉积金属Au纳米粒子及金属Ag纳米粒子,得到了NT-Im-Au-Ag纳米复合材料。通过SEM,、拉曼光谱等方法对纳米复合材料进行了表征分析,研究表明,表面接枝咪唑基团后沉积的金属粒子不仅粒径均一且分布均匀。这种复合材料不仅对4-硝基酚还原有很好的催化效果,而且具有很强的拉曼增强效应,对罗丹明6G的检测有很好的响应,增强因子可达6.7×107。(2)本文还设计了一种新型的制备非贵金属的Fe-N共掺杂碳材料(CFe-N)催化剂的方法,通过高温碳化离子液体1-甲基-3-[3-(3-甲氧基硅烷)丙基]咪唑四氯化铁([Si-pim][Fe Cl4]),并用SBA-15做制孔剂,制备共掺杂的多孔碳材料,并将其应用于氧气的电化学还原(ORR)。本文研究了不同Fe含量对该催化剂催化ORR性能的影响。多孔结构增加了氧还原反应时催化剂表面与氧的接触面积,有利于反应的进行;其次,多孔结构使得样品表面暴露大量的边界N以及Fe-N,为ORR提供了更多的活性位,从而更有利于催化氧气的电化学还原。
【关键词】：离子液体 金属纳米粒子 碳材料 氧气电化学还原
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TM911.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 离子液体10-19
• 1.1.1 离子液体的定义和结构分析10
• 1.1.2 离子液体的分类10-11
• 1.1.3 离子液体的制备与表征11-12
• 1.1.4 离子液体的物理化学性质12-14
• 1.1.5 离子液体的传统应用14-15
• 1.1.6 聚离子液体及其相关应用15-16
• 1.1.7 室温离子液体和聚离子液体在纳米杂化材料和碳材料的制备及应用16-19
• 1.2 导电聚合物19-22
• 1.2.1 导电聚合物的发现19-20
• 1.2.2 导电聚合物的种类及其应用20-22
• 1.3 本论文的研究内容和创新之处22-24
• 1.3.1 本论文研究的主要内容22-23
• 1.3.2 本论文的创新之处23-24
• 第二章 咪唑功能化的NT-Im-Au-Ag纳米复合材料的合成及其在SERS和 4-硝基酚还原中应用的研究24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 原料24
• 2.2.2 表征24-25
• 2.2.3 实验步骤25-26
• 2.2.4 表征方法26
• 2.3 结果与讨论26-36
• 2.3.1 NT-Im-Au-Ag的合成示意图26-27
• 2.3.2 NT-Im-Au-Ag材料的形貌表征与性能测试27-31
• 2.3.3 R6G的表面增强拉曼光（SERS）光谱31-33
• 2.3.4 NT-Im-Au-Ag催化 4-硝基酚还原33-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 基于离子液体的双掺杂多孔碳材料的制备及在氧气电化学还原中的应用37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 原料37
• 3.2.2 主要仪器和设备37-38
• 3.2.3 实验步骤38-39
• 3.3 电化学表征39
• 3.4 结果与讨论39-46
• 3.4.1 离子液体的合成39
• 3.4.2 材料表征39-44
• 3.4.3 双掺杂碳材料的电催化性能表征44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 总结与展望47-48
• 4.1 总结47
• 4.2 展望47-48
• 参考文献48-64
• 硕士期间发表论文64-65
• 致谢65-66

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本文编号：675064