光氯化石墨烯的制备及电化学性能研究

发布时间：2023-08-09 15:32

　　人们日益增长的环保意识和能源需求推动了从传统化石燃料向清洁可再生能源的必然转变。然而,由于缺少具有理想氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER)催化动力学的电催化剂,再生燃料电池和可再充电的金属-空气电池这类具有高能量密度的新能源的开发受到严重阻碍。现有催化剂的过电势较大,导致了其在充电过程中相对较低的能量密度。此外,实际应用中普遍使用的贵金属电催化剂的广泛普及明显受限于高成本,以及差耐用性。因此,非贵金属基电催化剂的研发工作应运而生。其中非金属含碳材料作为双功能ORR和OER电催化剂,由于其理论活性高、来源广泛、价廉环保,以及持久耐用性等优势引起了极大的关注。本论文通过化学气相沉积法、微机械剥离法和等离子体增强气相沉积法制备得到了单层石墨烯纳米片和垂直取向石墨烯。利用氯气光氯化和紫外光辅助金属氯化物分解氯化的方法,通过石墨烯中碳的sp²-to-sp³杂化状态转变来设计结构缺陷和共价C-Cl键。通过X射线光电子能谱(XPS)证实C-Cl共价键的形成,获得了18 atom%Cl覆盖率的石墨烯。并且在照射后通过拉曼光谱监测D,G和2D峰的变化...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的背景及研究目的和意义
    1.2 石墨烯的制备与卤化修饰方法
        1.2.1 石墨烯的主要制备方法
        1.2.2 石墨烯的功能结构
        1.2.3 石墨烯的卤素掺杂方法研究进展
    1.3 非金属杂原子掺杂石墨烯OER/ORR研究现状
        1.3.1 非金属氧还原电催化剂研究进展
        1.3.2 非金属析氧电催化剂研究进展
        1.3.3 非金属双功能电催化剂研究进展
    1.4 本论文主要研究内容
第2章 实验材料及测试方法
    2.1 化学试剂
    2.2 化学仪器与设备
    2.3 材料的表征方法
        2.3.1 光学形貌分析
        2.3.2 拉曼光谱分析
        2.3.3 扫描电子显微镜分析
        2.3.4 透射电子显微镜分析
        2.3.5 原子力显微镜分析
        2.3.6 X射线衍射图谱分析
        2.3.7 电学性能测试
        2.3.8 电化学测试
第3章 氯气光氯化石墨烯的制备及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 石墨烯单晶和垂直石墨烯的生长及光氯化
        3.2.1 单层石墨烯的CVD生长制备
        3.2.2 碳布上垂直石墨烯的生长制备
        3.2.3 石墨烯在氯气中的光氯化过程
    3.3 氯化石墨烯的表征
        3.3.1 氯化石墨烯的形貌
        3.3.2 氯化石墨烯的结构组成
        3.3.3 氯化石墨烯的拉曼表征
    3.4 氯化石墨烯电子输运性能
    3.5 氯化垂直石墨烯的电催化性能
        3.5.1 氯化垂直石墨烯的OER
        3.5.2 氯化垂直石墨烯的ORR
        3.5.3 OER和ORR机理分析
    3.6 本章小结
第4章 金属氯化物辅助制备氯化石墨烯及其电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 金属氯化物辅助光氯化石墨烯制备方法
    4.3 氯化石墨烯的表征
        4.3.1 氯化垂直石墨烯的ORR
        4.3.2 氯化石墨烯的结构组成
        4.3.3 氯化石墨烯的拉曼表征
    4.4 氯化石墨烯电子输运性能
    4.5 氯化垂直石墨烯的电催化性能
        4.5.1 负载金属盐的氯化垂直石墨烯的电化学性能
        4.5.2 氯化垂直石墨烯的电化学性能
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及申请专利
致谢



本文编号：3840499