大面积石墨烯网布复合材料的制备及在新能源与污染物去除的应用研究

发布时间：2018-03-30 07:28

  本文选题：柔性TiO2/G网布　切入点：TiO2/G/Cu2O复合材料　出处：《南昌航空大学》2015年硕士论文

【摘要】：环境污染和能源危机是当今影响人类社会生存与发展的两大重要问题,石墨稀因其载流子是无质量的狄拉克费米子,故而在材料界掀起了一个石墨稀的黄金时代,制备各种基于石墨烯的复合纳米材料以改善和增强材料在光学、电学、磁学和机械性能,用于环境修复和能源研究是目前的研究热点。本课题开发了一种操作安全、低能耗、环境友好的大面积多孔石墨烯网布静态碳氛围化学气相沉积(CVD)制备技术;并将制备的多孔泡沫型的石墨烯网布为基底,采用Pt、Ru贵金属纳米粒子沉积和窄带隙半导体复合修饰,分别应用于甲醇燃料电池的阳极材料和应用于水环境中持久性污染物的去除。具体研究内容如下:(1)在传统的CVD法上进行改进,用泡沫状的镍网为基底,采用低成本的固体聚乙二醇6000(PEG6000)为碳源,氮气为保护气,用普通的管式炉在较低温度下静态碳氛围煅烧制备多孔大面积泡沫状石墨烯(2cm×4cm),通过调控碳源量和温度等条件来探索高质量多孔石墨烯网布的制备条件。研究发现,控制碳源量为0.15g,采用相对传统气相沉积法较低的温度(600°C)就能获得块状齐整,均匀美观的高质量石墨烯。再用电化学方法在多孔型泡沫状石墨烯上电沉积粒径3-5nm的Pt、Ru粒子,组建出了高催化性能,强抗CO毒性,长使用寿命的甲醇燃料电池的阳极材料。(2)将商业钛丝编织成柔性钛丝网布(1cm×4cm),阳极氧化成高度有序的柔性TiO2网布,再镀上一层镍膜用做基底,采用PEG6000为碳源,氮气为保护气,用普通的管式炉在较低温度下静态碳氛围化学气相沉积制备二氧化钛和石墨烯的复合物。因为镍和二氧化钛能催化无定形碳向石墨烯碳的转换,故高温使TiO2纳米管晶化度提高的同时,PEG6000分解的碳原子转换为高质量的石墨烯原位生长于TiO2纳米管网布上。研究发现当PEG6000用量为0.15g,保持管式炉2°C min-1的加热速率升温至600°C,热处理6 h,再以2°C min-1的降温速率冷却至室温时,石墨烯均匀的覆盖在TiO2纳米管的外壁上。此外,由于Ni催化剂在600°C时发生形变而不气化,且在TiO2纳米管内壁的毛细作用下,在TiO2纳米管内部形成了竹节状的石墨烯节。所制备的TiO2/G具有良好的催化性能并呈现新颖的形貌。TiO2纳米管的晶型以高活性的锐钛矿型为主。(3)通过脉冲电沉积技术,在制备的柔性TiO2/G网布复合材料上电沉积Cu颗粒,再在1MNaOH溶液中0.5V电压阳极氧化半小时,在TiO2/G网布上沉积生长布满毛刺的立方体Cu2O颗粒。利用TiO2/G网布优异的电子传输能力,Cu2O的窄禁带宽度(2.17ev)和新颖的结构,将这种稳定的三元复合材料用于水环境中内分泌干扰物质双酚A的去除,去除率达到91.7%。并研究发现在TiO2/G/Cu2O降解双酚A的过程中,空穴起主要降解作用,氧负自由基和羟基自由基起次要降解作用,利用高效液相色谱和质谱分析BPA降解机理和路径,发现降解过程只有三种简单中间产物生成,没有再生成具备内分泌干扰作用的中间降解产物。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;X703

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本文编号：1684920