富氮多孔石墨烯的制备及其应用研究
发布时间：2022-02-12 09:20
众所周知,石墨烯是第一个合成的二维（2D）原子晶体。由于其优异的性能,包括刚度,强度,弹性,高导热性,极高的电子迁移率和可调节的带隙,引起了极大的关注。作为一种令人着迷的一体化材料,石墨烯可以取代许多应用中的其他材料,并带来技术突破。尤其是石墨烯的三维杂原子掺杂材料-掺氮多孔石墨烯,由于其具有优异的导电性,高比表面积,超大的孔体积,优异的亲水性使得其在能量储存,催化,环境吸附领域具有不可替代的作用。然而,现阶段掺氮多孔石墨烯材料的合成仍存在许多亟待解决的关键性问题:构筑三维石墨烯结构所用的模板去除问题和氮原子引入过程难以控制均匀且含量低等问题。因此开发一种简便、低成本和高效的制备氮掺杂三维石墨烯材料的方法仍然充满挑战。本文首先采用等离子体辅助化学气相沉淀法（PECVD）,在易热解模板-石墨化氮化碳（g-C3N4）上实现碳层沉积,随后采用高温热解法,使模板g-C3N4热解,实现原位造孔和氮原子掺杂的同步进行,制得富氮多孔类石墨烯（NPGCs）。该制备工艺的优点是避免了模板去除的复杂步骤以及同步实现造孔...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯发现时间轴[26]
图 1.4 制备流程图[50]Fig. 1.4 Schematic illustration of the preparation procedure[50]几乎在代等人报道的工作的同一时间，Antonietti 等人也详细研究了通过双氰胺（DCA）-阴离子型 IL 制备的 NC[51]。[DCA]为基础的离子液体的个独特的特征。一个是高氮含量，另一个是部分开发的石墨状结构，这导致高电导率，甚至高于石墨。在这两项开创性工作之后，许多离子液并用作制备纳米晶体的前体。然而，在大多数情况下，有机阳离子在 3分解，并且在高温热解过程中组分碎片蒸发。因此，只有少数昂贵的含非质子传递离子液体，合成时间长，可以产生碳基材料。另外，将上述得到的 NC 用作氧还原反应（ORR）的催化剂。利用 ILs，Lu 等人通过离16mimBF4与聚（苯并恶嗪-共-甲醛树脂）的自组装形成的 B 和 N 共掺杂聚合物的碳化，合成了具有多种长度可变孔径的多孔 B 和 N 共掺杂石墨在碳前体聚合过程中使用 ILs 作为掺杂杂原子可以促进碳前体在有机分解度。由于其特殊的纳米结构和表面特性，这些材料表现出优异的电容性
图 2.1 PECVD 设备装置示意图Fig. 2.1 Schematic demonstration of synthesis graphene with PECVD equipment因为该设备的等离子体发射装备使管式炉中的气体发生解离，需要气体处于稀薄的状态，可以说处于真空条件下效果最佳。因此，在炉体的尾部加上真空泵使管式炉的压力处于负压状态，并且起到将尾气带出的作用。在正式实验开始之前，需要一个气体置换过程，也就是利用真空装置将石英管及气路内的空气抽出，然后停泵通入惰性气体-氩气，最后打开真空泵且常开。（2）其他仪器与设备在整个材料制备与测试过程中需要使用到的其他仪器设备主要包括：将材料溶于水时用到的超声清洗器、烧杯、量筒、离心机、磁力搅拌器；制备富氮大孔容石墨烯所用到的天平等。相应的部分仪器所对应的型号及厂家，如表 2.2 所示：表 2.2 实验仪器及设备Table 2.2 List of instruments used in the experiment
本文编号：3621460
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯发现时间轴[26]
图 1.4 制备流程图[50]Fig. 1.4 Schematic illustration of the preparation procedure[50]几乎在代等人报道的工作的同一时间，Antonietti 等人也详细研究了通过双氰胺（DCA）-阴离子型 IL 制备的 NC[51]。[DCA]为基础的离子液体的个独特的特征。一个是高氮含量，另一个是部分开发的石墨状结构，这导致高电导率，甚至高于石墨。在这两项开创性工作之后，许多离子液并用作制备纳米晶体的前体。然而，在大多数情况下，有机阳离子在 3分解，并且在高温热解过程中组分碎片蒸发。因此，只有少数昂贵的含非质子传递离子液体，合成时间长，可以产生碳基材料。另外，将上述得到的 NC 用作氧还原反应（ORR）的催化剂。利用 ILs，Lu 等人通过离16mimBF4与聚（苯并恶嗪-共-甲醛树脂）的自组装形成的 B 和 N 共掺杂聚合物的碳化，合成了具有多种长度可变孔径的多孔 B 和 N 共掺杂石墨在碳前体聚合过程中使用 ILs 作为掺杂杂原子可以促进碳前体在有机分解度。由于其特殊的纳米结构和表面特性，这些材料表现出优异的电容性
图 2.1 PECVD 设备装置示意图Fig. 2.1 Schematic demonstration of synthesis graphene with PECVD equipment因为该设备的等离子体发射装备使管式炉中的气体发生解离，需要气体处于稀薄的状态，可以说处于真空条件下效果最佳。因此，在炉体的尾部加上真空泵使管式炉的压力处于负压状态，并且起到将尾气带出的作用。在正式实验开始之前，需要一个气体置换过程，也就是利用真空装置将石英管及气路内的空气抽出，然后停泵通入惰性气体-氩气，最后打开真空泵且常开。（2）其他仪器与设备在整个材料制备与测试过程中需要使用到的其他仪器设备主要包括：将材料溶于水时用到的超声清洗器、烧杯、量筒、离心机、磁力搅拌器；制备富氮大孔容石墨烯所用到的天平等。相应的部分仪器所对应的型号及厂家，如表 2.2 所示：表 2.2 实验仪器及设备Table 2.2 List of instruments used in the experiment
本文编号：3621460
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