石墨烯及其复合材料的制备和应用研究

发布时间：2017-05-25 21:14

  本文关键词：石墨烯及其复合材料的制备和应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯是一种由平面的单层碳原子排列形成的二维蜂窝状晶体,由Geim等人于2004年发现,并能稳定存在。石墨烯拥有独一无二的物理化学性质,一直是科学界关注和研究的热点。目前,关于石墨烯纳米复合材料在润滑油添加剂和光还原C02方面的应用研究还比较少。因此,本论文对石墨烯及其复合材料的抗磨性能和光催化性能进行了研究。 本文利用改良的Hummers法制备了氧化石墨,然后向氧化石墨水溶液里加入金属或金属氧化物的前驱体,制备出Cu-石墨烯,Cu2O-石墨烯和ZnO-石墨烯纳米复合材料。通过XRD,TEM,HRTEM,Raman,FT-IR,TGA,紫外-可见光谱和荧光光谱等手段进行了形貌和结构的表征,并且对其应用性能进行了研究。 研究结果表明,合成的石墨烯厚度较薄,缺陷较少,且只含有少量的含氧官能团；制备得到的纳米复合材料具有较好的晶型,纳米粒子(Cu,Cu2O和ZnO)紧密的、均匀的分散在石墨烯的表面,粒径分布均一,而且有效的抑制了粒子之间的自团聚。将Cu-石墨烯纳米复合材料以适当的比例添加到润滑油中显示出更好的摩擦学性能,与基础油相比其承载力提高了50.0%。探究其光催化降解罗丹明B的效果发现,在模拟太阳光的照射下,Cu20-石墨烯和ZnO-石墨烯纳米复合材料的光催化性能较好,其降解效率大约是纯Cu20和ZnO纳米粒子的两倍。在Cu20-石墨烯和ZnO-石墨烯复合材料光还原CO2的应用中,甲醇的产率分别提高了52.5%,74.9%。其原因被认为是石墨烯的引入,提高了电子迁移速率,促进了电子-空穴的分离。
【关键词】：石墨烯 纳米复合材料 绿色合成 抗磨性能 光催化活性
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O613.71;TB33
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-33
• 1.1 引言17
• 1.2 石墨烯简介17-21
• 1.2.1 石墨烯的发现17
• 1.2.2 石墨烯的结构与性质17-19
• 1.2.2.1 大的比表面积18
• 1.2.2.2 电学和光学性能18
• 1.2.2.3 机械性能18-19
• 1.2.2.4 热学性能19
• 1.2.3 石墨烯的制备19-21
• 1.2.3.1 微机械剥离法19
• 1.2.3.2 氧化石墨还原法19-20
• 1.2.3.3 化学气相沉积法20
• 1.2.3.4 晶体外延生长法20
• 1.2.3.5 碳纳米管开链法20-21
• 1.3 石墨烯复合材料的研究进展21-30
• 1.3.1 石墨烯--纳米粒子复合材料的制备方法21-24
• 1.3.1.1 原位还原法21-22
• 1.3.1.2 水热/溶剂热法22-23
• 1.3.1.3 溶胶--凝胶法23
• 1.3.1.4 模板法23
• 1.3.1.5 紫外辅助光催化还原法23-24
• 1.3.2 石墨烯--纳米粒子复合材料在润滑油抗磨剂方面的研究进展24-25
• 1.3.3 石墨烯--纳米粒子复合材料在光催化方面的研究进展25-30
• 1.3.3.1 光催化降解有机污染物25-28
• 1.3.3.2 光催化还原CO_228-30
• 1.4 本文的研究内容和研究意义30-33
• 1.4.1 研究内容30-31
• 1.4.2 研究意义31-33
• 第二章 Cu-石墨烯纳米复合材料的制备及在抗磨剂中的应用33-45
• 2.1 引言33
• 2.2 实验原料及仪器33-34
• 2.3 实验步骤34-36
• 2.3.1 氧化石墨的制备34-35
• 2.3.2 石墨烯的制备35
• 2.3.3 Cu-石墨烯复合材料的制备35-36
• 2.3.4 Cu-石墨烯复合材料作为润滑油添加剂的抗磨性能测试36
• 2.4 表征方法36-37
• 2.5 实验结果与讨论37-43
• 2.5.1 形貌分析37-38
• 2.5.2 X-射线衍射分析38-40
• 2.5.3 拉曼光谱分析40-41
• 2.5.4 傅立叶红外光谱分析41-42
• 2.5.5 热重分析42
• 2.5.6 Cu-石墨烯复合材料作为添加剂对润滑油极压性的影响42-43
• 2.5.7 Cu-石墨烯复合材料的摩擦磨损机理43
• 2.6 本章小结43-45
• 第三章 Cu_2O-石墨烯纳米复合材料的制备及在光催化剂方面的应用45-63
• 3.1 引言45
• 3.2 实验原料及仪器45-46
• 3.3 实验步骤46-49
• 3.3.1 氧化石墨的合成46
• 3.3.2 石墨烯合成46
• 3.3.3 氧化亚铜的合成46-47
• 3.3.4 Cu_2O-石墨烯复合材料的合成47-48
• 3.3.5 Cu_2O-石墨烯复合材料光催化降解有机染料实验48-49
• 3.3.6 Cu_2O-石墨烯复合材料的光催化还原二氧化碳实验49
• 3.4 表征方法49-50
• 3.5 实验结果与讨论50-59
• 3.5.1 TEM表征50-51
• 3.5.2 XRD表征51-52
• 3.5.3 拉曼光谱表征52-53
• 3.5.4 红外光谱表征53-54
• 3.5.5 紫外-可见光谱表征54-55
• 3.5.6 荧光光谱表征55-56
• 3.5.7 Cu_2O-石墨烯复合材料的光降解罗丹明B56-58
• 3.5.7.1 光降解罗丹明B性能测试56-58
• 3.5.7.2 Cu_2O-石墨烯的循环使用性能测试58
• 3.5.8 Cu_2O-石墨烯复合材料的光还原CO_258-59
• 3.6 光催化机理分析59-60
• 3.7 本章小结60-63
• 第四章 ZnO-石墨烯纳米复合材料的制备及在光催化剂方面的应用63-81
• 4.1 引言63
• 4.2 实验原料及仪器63-64
• 4.3 实验步骤64-66
• 4.3.1 氧化石墨的合成64
• 4.3.2 ZnO-石墨烯纳米复合材料和ZnO纳米粒子的合成64-65
• 4.3.3 ZnO-石墨烯复合材料的光催化降解有机染料实验65-66
• 4.3.4 ZnO-石墨烯复合材料的光还原CO_2的实验66
• 4.4 表征方法66-67
• 4.5 结果与讨论67-76
• 4.5.1 TEM表征67-68
• 4.5.2 XRD表征68-69
• 4.5.3 拉曼光谱表征69-70
• 4.5.4 红外光谱表征70-71
• 4.5.5 紫外-可见吸收光谱表征71-72
• 4.5.6 荧光光谱表征72-73
• 4.5.7 ZnO-石墨烯复合材料光降解罗丹明B73-75
• 4.5.7.1 光降解罗丹明B性能测试73-75
• 4.5.7.2 ZnO-石墨烯的循环使用性能测试75
• 4.5.8 ZnO-石墨烯复合材料光还原CO_275-76
• 4.6 光催化机理分析76-78
• 4.7 本章小结78-81
• 第五章 结论与建议81-83
• 5.1 结论81
• 5.2 建议81-83
• 参考文献83-91
• 致谢91-93
• 研究成果和发表的学术论文93-95
• 作者和导师简介95-96
• 附件96-97

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