碳纳米复合材料的制备及应用

发布时间：2018-01-24 08:23

本文关键词： 碳纳米复合材料石墨烯碳纳米管葡萄糖传感器光催化　出处：《西南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：碳是日常生活中一种很常见的元素,它广泛地存在于大气和地壳之中。单质碳的存在形式是多种多样的,比如金刚石和石墨,它们的物理和化学性质取决于晶体结构。近些年,零维的富勒烯、一维的碳纳米管(CNT)和二维的石墨烯(RGO)倍受国内外研究者们关注,形成了碳纳米材料的庞大的家族,已逐渐成为最具发展潜力的新型纳米材料,现已广泛应用于各个领域。究其原因,这主要是因为其具有稳定性好、导电性好、强度高、比表面积大和来源丰富等特点。复合材料是指两种或两种以上的材料通过一定的途径结合而形成的材料。一般,复合材料会集中每一种组成材料的优点,成为具有某些独特性质的材料。虽然富勒烯、碳纳米管和石墨烯等具有许多优异的机械性能和物化性质,但是单纯依靠其中一种碳纳米材料在实际的应用中总是存在着性能和结构上的局限性。因此,为了充分利用碳纳米材料的优良性质,扩宽碳纳米材料的应用范围,同时结合其它材料的优点,使不同的材料之间可以互补不足,扬长避短,近些年来,研究者们将至少一种碳纳米材料与其它纳米材料进行复合,制备出碳纳米复合材料,以满足不同领域的需要。为了探究碳纳米复合材料在电化学传感器领域和光催化领域的应用潜能,我们对碳纳米复合材料的制备、表征和应用进行了研究。我们首先制备了石墨烯—二茂铁的复合材料(RGO-Fc)用于葡萄糖传感器的制备。接着我们制备了碳纳米管—二氧化钛纳米棒复合材料(CNT-TiO2)以及还原石墨烯—二氧化钛P25纳米复合材料(RGO-P25),将它们用于光催化研究。本论文取得的主要成果如下：1、基于还原石墨烯(RGO)—二茂铁(Fc)复合材料的葡萄糖传感器。通过π-π堆积作用,制备出了RGO-Fc复合材料。将RGO-Fc复合材料与壳聚糖和葡萄糖氧化酶混合后修饰到金电极的表面,用于制备葡萄糖传感器。扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计、射线能谱仪均用于表征该复合物的成功制备。该传感器具有较高的灵敏度、优异的选择性、较低的检测限和较宽的检测范围,且可以成功地运用到人体血清样本中葡萄糖含量的检测,并且可以与商业化的血糖仪相媲美。2、蓬松球形碳纳米管(CNT)-二氧化钛(TiO2)纳米复合材料的合成及其光催化性能。首次通过简单的一步水热法合成了蓬松的球形CNT-TiO2纳米复合材料。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征该纳米复合材料,证实其形貌可以通过改变反应的条件参数来控制,这些参数包括反应时间、CNT用量和钛源浓度。通过对不同条件下的形貌分析,我们探讨了CNT-TiO2纳米复合材料的形成机理。光催化降解实验表明了CNT-TiO2纳米复合材料能快速地降解污水中的亚甲基蓝,在经过紫外光照射70分钟后,其降解速率就可以达到93%。3、还原石墨烯—二氧化钛P25纳米复合材料(RGO-P25)的制备与应用。将氧化石墨烯与商业化的二氧化钛P25混合之后,在还原剂水合肼和抗坏血酸存在的条件下超声30分钟,使它们充分均匀地混合。然后在室温下放置8小时即可合成所需要的材料。紧接着将合成的RGO-P25纳米复合材料用去离子水和乙醇洗涤之后进行冷冻干燥。通过场发射扫描电子显微镜的表征可以看到,该RGO-P25纳米复合材料是三维结构的,P25纳米颗粒被层层包覆在三维的石墨烯片层中间。该纳米复合材料能用于对甲醛气体的成功降解。
[Abstract]:Carbon nano - composites ( RGO - Fc ) have been widely used in various fields . The synthesis and photocatalytic properties of fluffy spherical carbon nanotubes ( CNT ) - titanium dioxide ( TiO2 ) nanocomposites were synthesized by a simple one - step hydrothermal method . The formation mechanism of CNT - TiO2 nanocomposite was investigated by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy .

【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TQ127.11

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