三维石墨烯的制备及其电化学应用

发布时间：2017-10-06 03:40

  本文关键词：三维石墨烯的制备及其电化学应用

  更多相关文章： 三维石墨烯 燃料电池 超级电容器 电化学检测

【摘要】：三维石墨烯具有相互连接的多孔结构,表现出较大的比表面积、优良的导电性能、较低的质量密度和较强的机械性能,三维石墨烯能结合石墨烯纳米片和三维多孔材料的优点,在电化学应用中常表现出比石墨烯纳米片更好的性能。在碳材料中引入杂原子可以赋予碳材料更加优良的电化学性质。开发可控的、能大量制备杂原子掺杂的三维石墨烯材料的新方法具有重要的意义。杂原子的引入可以明显增加碳材料的氧还原活性位点,因而可以增强氧还原活性。杂原子掺杂的三维石墨烯能结合三维石墨烯和杂原子掺杂碳的优点,有望成为高活性的氧还原催化剂。在碳材料中引入适当的杂原子可以提高碳材料的表面润湿性并引入赝电容,从而大幅度提高碳材料的电容性能。杂原子掺杂的三维石墨烯能提供极大的电化学活性面积,确保电子和电解质离子的快速传输,有望成为高性能的超级电容器材料。杂原子掺杂的三维石墨烯材料独特的结构和组成有利于底物和电解质离子的传输,因而有望成为构建高敏电化学传感器的新型电极材料。本文立足于杂原子掺杂的三维石墨烯的合成、表征和电化学应用。主要内容如下:(1)直接热处理聚苯胺和硝酸钴的混合物制备了氮、钴共掺杂的网状结构石墨烯(Co-N-GNWs)。采用扫描电镜、透射电镜、X电子衍射、拉曼光谱和X电子能谱等对材料的形貌、结构和组成进行了表征,并揭示了三维石墨烯的形成机理。(2)在酸性介质中考察了Co-N-GNWs对氧气电还原的催化性能。结果表明Co-N-GNWs表现出与Pt/C催化剂相近的氧还原活性和四电子反应途径。此外,Co-N-GNWs还具有比Pt/C催化剂更好的稳定性和甲醇耐性。在碱性介质中考察了以Co-N-GNWs为活性材料的超级电容器的电化学性能。结果表明Co-N-GNWs具有极高的比电容、较高的能量密度和良好的循环稳定性。(3)以镍离子吸附的D-113树脂为原料,用化学激活法合成三维活性石墨烯(3D-AGNs),并将3D-AGNs进一步酸化处理得到羧基化的三维活性石墨烯(C-3D-AGNs)。以C-3D-AGNs为电极材料构建了多巴胺电化学传感器,该传感器具有极高的灵敏度、极低的检测限和良好的选择性。
【关键词】：三维石墨烯 燃料电池 超级电容器 电化学检测
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 碳材料的概述10-12
• 1.1.1 多孔碳材料10-11
• 1.1.2 石墨烯11-12
• 1.2 三维石墨烯的制备方法12-13
• 1.2.1 激活法12
• 1.2.2 硬模板法12-13
• 1.2.3 软模板法13
• 1.3 三维石墨烯的电化学应用13-15
• 1.3.1 燃料电池13-14
• 1.3.2 超级电容器14
• 1.3.3 电化学传感器14-15
• 1.4 选题依据与主要研究工作15-17
• 第二章 钴氮共掺杂三维石墨烯的制备及表征17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 实验部分18-19
• 2.2.1 仪器与试剂18
• 2.2.2 Co-N-GNWs的制备18-19
• 2.3 结果与讨论19-26
• 2.3.1 形貌表征19-20
• 2.3.2 X射线衍射表征20-23
• 2.3.3 拉曼光谱表征23-24
• 2.3.4 氮气吸脱附表征24
• 2.3.5 XRD和X射线光电子能谱表征24-26
• 2.4 结论26-27
• 第三章 钴氮共掺杂三维石墨烯的电化学应用27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 实验部分28-29
• 3.2.1 仪器与试剂28
• 3.2.2 电化学表征28-29
• 3.3 结果与讨论29-35
• 3.3.1 Co-N-GNWs催化氧气还原反应29-33
• 3.3.2 超级电容器应用33-35
• 3.4 结论35-37
• 第四章 三维石墨烯对多巴胺的电化学检测37-45
• 4.1 引言37-38
• 4.2 实验部分38-39
• 4.2.1 仪器与试剂38
• 4.2.2 3D-AGNs的制备38
• 4.2.3 C-3D-AGNs的制备38-39
• 4.2.4 电化学研究39
• 4.3 结果与讨论39-44
• 4.3.1 红外光谱表征39
• 4.3.2 DA、UA、AA在不同电极上的循环伏安行为39-41
• 4.3.3 扫速的影响41-42
• 4.3.4 差分脉冲溶出伏安法检测DA42-44
• 4.4 结论44-45
• 结语45-46
• 参考文献46-59
• 硕士期间发表的论文59-60
• 致谢60

，

本文编号：980518