基于超薄二维纳米材料的复合物制备与应用研究
发布时间：2021-09-11 16:50
本论文简要地总结了超薄二维（2D）纳米材料相关研究的最新进展,并以此为基础,详细讨论了石墨烯氧化物（GO）、ITQ-2超薄分子筛和TiO2三种超薄2D纳米材料的液相剥离制备方法、表征手段,以及通过组装后复合并在催化和锂离子电池领域的应用。从材料合成的角度来看,目前GO、ITQ-2分子筛和TiO2三种超薄2D材料的产量、质量、数量和生产率还远远不能达到工业化或商业化所需的标准。因此,三种超薄材料面临的主要挑战之一就是实现高产率和大规模生产,以满足行业需求。其次,以上材料的物理、化学和电子性能高度依赖于它们的结构特征,因此,以高度可控的方式制备具有所需结构也是挑战之一。第三个挑战在于识别或开发有效的表征技术来探索它们的生长和复合机理。第四在于探索简单而可靠的方法来稳定这些超薄2D纳米材料,以延长它们的稳定性。第五,对超薄分子筛家族的吸附和催化性能方面的研究还十分浅显。第六,通过静电组装或范德华相互作用可以很容易地制备垂直复合结构,但是包覆型复合结构的获得依旧非常耗时。鉴于此,本论文在介绍超薄2D纳米材料的组成、结构、测试方法及合成所需的的各种原材料、结构和性能的测试方法以外。展示了基于超薄...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）Ｔｉ（）．９１０２片的原子力显微镜照片和相应高度示意图，化）１＾．９１０２的结构示??意图［５５］
、Ｎｂ６〇ｉ７??Ｔａ氧化物?ＴａＯ：１??超薄ｆ丐钛石?ＬａＮｂＡ、Ｌａ〇．９Ｅｕ（ｕ）５Ｎｂ２０７、Ｅｕ〇．５Ｊａ２０７、ＳｒＴａ２０７、Ｂｉ２ＳｒＴａ２０９、Ｃａ２Ｎｂ３０ｌｏ、??Ｓｒ２Ｎｂ３Ｏｌｏ、?ＮａＣａＴａ３０１０、?ＣａＬａＮｂ２Ｔｉ０１０、?Ｌａ／ＴｈＮｂＯＫ）、?Ｂａ．５Ｔａ４０ｌ５、?Ｗ２０７??Ｒｕ氧化物?Ｒｕ０２?￣￣??Ｗ氧化物?｜?Ｃｓ具，０３６??１．４合成方法??对性能调变的需求极大地刺激了制备超薄纳米材料的各种合成方法的出现。??如图１．３所示，通常，可以通过两种策略来制备超薄２Ｄ纳米材料，即自上而下??的剥离方法和自下而上的构筑方法。前者包括机械和液相剥离，其中液相剥离又??细分为氧化辅助液相剥离（ＧＯ的合成）、插层辅助液相剥离（ＩＴＱ－２的合成）和离子??交换辅助液相剥离（Ｔｉ０２的合成），液相剥离普遍需要借助超声技术配合处理样??品。自下而上的构筑方法包括化学气相沉积（ＣＶＤ），物理蒸气沉积（ＰＶＤ）、气相传??输（ＶＰＴ）、分子组装和原子层沉积（ＡＬＤ）等气固界面反应和主要用于合成Ｃ０Ｆ和??Ｍ０Ｆ材料的液－液界面自组装方法和其他方法（如：有机配体辅助生长、小分子和??离子中介合成、２Ｄ模板受限生长、多元醇法、晶种法、光化学合成、生物合成、??纳米粒子组装）等，多篇综述对每种方法都有比较详细的介绍［１－１３］。这里主要??介绍液相剥离、ＣＶＤ生长技术和液－液界面自组装。基于液相剥离的方法可以高??产率地制备超薄２Ｄ纳米材料。基于ＣＶＤ等气相生长技术主要是制备高质量的超??薄２Ｄ纳米材料。基于液－液界面自组装用于拓展超薄２Ｄ纳米材料的组成范围。??Ｔｏｐ－ｄｏｗｎ
淀。??ＩＴＱ－２分子筛因为是经煅烧形成的，其稳定性较好，但分散性却很差。超薄Ｔｉ０２??在水溶液中的稳定时间比较长，主要得益于其径向尺寸比较小，在第二章会详细??介绍，一般在水溶液中可以稳定２个月以上。??１．７基于超薄２Ｄ纳米材料的复合结构??由于超薄２Ｄ纳米材料独特的晶体结构，可以采用不同的策略有效地调节其??物理化学性质，进而针对特定环境实现超薄２Ｄ纳米材料积木式设计和组装。考??虑到量子限制（限域）效应，尺寸控制成为超薄２Ｄ纳米材料制备中不可缺少的研??宄方向。同时，如图１．５所示，化学成分调节，如掺杂、合金化、原子空位，以??及通过电场和照明进行的物理场调节，是材料性能工程中的经典调节方法。此外，??结构调整，如相变、边缘结构重构和晶体结构变形，可以帮助调节超薄２Ｄ纳米??材料的性能。??＾＿?Ｉｎｔｅｒ－ｍｏｎｏｍｅｒｓ?赢??ｌｕｍｅｎｓ?丨?ｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｆ］?｜?－遵如??雞．．齡／令?、％?、＼??－—?????１?／?，?＼?＼?Ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ａｓｓｅｍｂｌｙ??卷：誦；??魏為如?Ｎ一＾＾＾７１…??．？丨”’，１勒，?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｃｆ?餘潘．游■?麟嫩鲁．??ｔｕｎｉｎｇ??１１?＝ｒｄ??．ｖＨｖ＞?？??麟ｆＡＷ＊??图１．?５探索超薄２Ｄ材料走向下一代器件：从单体设计到组装控制。??尽管超薄２Ｄ纳米材料的涌现不断刷新和丰富其物理性质，但我们仍然需要??认识到，一种固定性质的材料未必能满足多功能应用的要求。而从结构和材料角??度上看，复合结构为设计和制备具有多个构建块的新型材料提供了更多的途径。??从物理化学的角度来看，复合结
本文编号：3393364
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ａ）Ｔｉ（）．９１０２片的原子力显微镜照片和相应高度示意图，化）１＾．９１０２的结构示??意图［５５］
、Ｎｂ６〇ｉ７??Ｔａ氧化物?ＴａＯ：１??超薄ｆ丐钛石?ＬａＮｂＡ、Ｌａ〇．９Ｅｕ（ｕ）５Ｎｂ２０７、Ｅｕ〇．５Ｊａ２０７、ＳｒＴａ２０７、Ｂｉ２ＳｒＴａ２０９、Ｃａ２Ｎｂ３０ｌｏ、??Ｓｒ２Ｎｂ３Ｏｌｏ、?ＮａＣａＴａ３０１０、?ＣａＬａＮｂ２Ｔｉ０１０、?Ｌａ／ＴｈＮｂＯＫ）、?Ｂａ．５Ｔａ４０ｌ５、?Ｗ２０７??Ｒｕ氧化物?Ｒｕ０２?￣￣??Ｗ氧化物?｜?Ｃｓ具，０３６??１．４合成方法??对性能调变的需求极大地刺激了制备超薄纳米材料的各种合成方法的出现。??如图１．３所示，通常，可以通过两种策略来制备超薄２Ｄ纳米材料，即自上而下??的剥离方法和自下而上的构筑方法。前者包括机械和液相剥离，其中液相剥离又??细分为氧化辅助液相剥离（ＧＯ的合成）、插层辅助液相剥离（ＩＴＱ－２的合成）和离子??交换辅助液相剥离（Ｔｉ０２的合成），液相剥离普遍需要借助超声技术配合处理样??品。自下而上的构筑方法包括化学气相沉积（ＣＶＤ），物理蒸气沉积（ＰＶＤ）、气相传??输（ＶＰＴ）、分子组装和原子层沉积（ＡＬＤ）等气固界面反应和主要用于合成Ｃ０Ｆ和??Ｍ０Ｆ材料的液－液界面自组装方法和其他方法（如：有机配体辅助生长、小分子和??离子中介合成、２Ｄ模板受限生长、多元醇法、晶种法、光化学合成、生物合成、??纳米粒子组装）等，多篇综述对每种方法都有比较详细的介绍［１－１３］。这里主要??介绍液相剥离、ＣＶＤ生长技术和液－液界面自组装。基于液相剥离的方法可以高??产率地制备超薄２Ｄ纳米材料。基于ＣＶＤ等气相生长技术主要是制备高质量的超??薄２Ｄ纳米材料。基于液－液界面自组装用于拓展超薄２Ｄ纳米材料的组成范围。??Ｔｏｐ－ｄｏｗｎ
淀。??ＩＴＱ－２分子筛因为是经煅烧形成的，其稳定性较好，但分散性却很差。超薄Ｔｉ０２??在水溶液中的稳定时间比较长，主要得益于其径向尺寸比较小，在第二章会详细??介绍，一般在水溶液中可以稳定２个月以上。??１．７基于超薄２Ｄ纳米材料的复合结构??由于超薄２Ｄ纳米材料独特的晶体结构，可以采用不同的策略有效地调节其??物理化学性质，进而针对特定环境实现超薄２Ｄ纳米材料积木式设计和组装。考??虑到量子限制（限域）效应，尺寸控制成为超薄２Ｄ纳米材料制备中不可缺少的研??宄方向。同时，如图１．５所示，化学成分调节，如掺杂、合金化、原子空位，以??及通过电场和照明进行的物理场调节，是材料性能工程中的经典调节方法。此外，??结构调整，如相变、边缘结构重构和晶体结构变形，可以帮助调节超薄２Ｄ纳米??材料的性能。??＾＿?Ｉｎｔｅｒ－ｍｏｎｏｍｅｒｓ?赢??ｌｕｍｅｎｓ?丨?ｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｆ］?｜?－遵如??雞．．齡／令?、％?、＼??－—?????１?／?，?＼?＼?Ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ａｓｓｅｍｂｌｙ??卷：誦；??魏為如?Ｎ一＾＾＾７１…??．？丨”’，１勒，?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｃｆ?餘潘．游■?麟嫩鲁．??ｔｕｎｉｎｇ??１１?＝ｒｄ??．ｖＨｖ＞?？??麟ｆＡＷ＊??图１．?５探索超薄２Ｄ材料走向下一代器件：从单体设计到组装控制。??尽管超薄２Ｄ纳米材料的涌现不断刷新和丰富其物理性质，但我们仍然需要??认识到，一种固定性质的材料未必能满足多功能应用的要求。而从结构和材料角??度上看，复合结构为设计和制备具有多个构建块的新型材料提供了更多的途径。??从物理化学的角度来看，复合结
本文编号：3393364
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