水热法制备铜、铁氧化物纳米材料及其在环境处理和能源存储中的应用

发布时间：2023-03-28 19:53

　　铜、铁氧化物纳米材料以其特殊的热、光、电、磁等性能,在化学传感、污水处理、化学电池、能源存储、化学催化等方面有着广泛的应用。本文主要以水热法探索了铜、铁氧化物纳米材料的制备,各种实验参数对其形貌及性能的影响,并将其应用于环境处理和能源存储。 1.CuO纳米片的制备及其对染料污水的催化氧化降解处理 以CuCl2·2H2O为铜源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为保护剂,NaOH为沉淀剂,H20为溶剂,采用低温水热法制备了片状CuO纳米材料,在实验过程中对影响CuO纳米片形貌、尺寸及性能的一系列影响因素(前驱体、沉淀剂、保护剂浓度,保护剂种类,反应时间和实验温度等)进行了初步探讨,并对产品进行了FE-SEM、TEM、XRD、EDS等一系列表征。以亚甲基蓝(MB)作为模拟染料废水模型,H2O2为氧化剂,系统研究了CuO纳米片的催化性能。研究发现pH值对MB降解反应影响较大,且CuO纳米片对MB的氧化降解反应为一级动力学反应,经过试验参数的优化可使亚甲基蓝在15min内降解96%以上。 2. CuO/Fe3O4@C复合材料制备及其对染料污水的催化氧化降解处理 本章分别以FeCl3·6H2O和葡...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 纳米材料导论
        1.1.1 纳米材料的概念
        1.1.2 纳米材料的特性
    1.2 金属氧化物及其复合氧化物纳米材料
        1.2.1 金属氧化物
        1.2.2 金属复合氧化物
        1.2.3 金属氧化物纳米材料的合成方法
            1.2.3.1 固相反应法
            1.2.3.2 溶胶-凝胶法
            1.2.3.3 化学气相沉积法
            1.2.3.4 水热法
            1.2.3.5 热分解法
            1.2.3.6 微乳液法
            1.2.3.7 其他方法
    1.3 金属氧化物纳米材料的表面功能化
        1.3.1 表面包覆
        1.3.2 表面修饰
    1.4 金属氧化物纳米材料应用研究
        1.4.1 化学传感
        1.4.2 污水处理
        1.4.3 化学电池
        1.4.4 能源存储
    1.5 本文研究内容及特色
    1.6 参考文献
第二章 氧化铜纳米片的制备及其催化降解亚甲基蓝
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂及仪器
        2.2.2 实验方法
            2.2.2.1 氧化铜纳米片的合成
            2.2.2.2 催化实验
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 CuO纳米片的表征
            2.3.1.1 电镜表征
            2.3.1.2 XRD与EDS表征
            2.3.1.3 紫外漫反射表征
        2.3.2 产物形貌影响因素探究
            2.3.2.1 前驱体浓度的影响
            2.3.2.2 沉淀剂浓度的影响
            2.3.2.3 表面活性剂CTAB浓度的影响
            2.3.2.4 表面活性剂种类的影响
            2.3.2.5 温度的影响
            2.3.2.6 反应时间的影响
        2.3.3 纳米片CuO/H₂O₂体系催化降解亚甲基蓝(MB)
            2.3.3.1 降解MB干扰因素的排除
            2.3.3.2 MB脱色率随时间的变化
            2.3.3.3 温度的影响
            2.3.3.4 催化剂量的影响
            2.3.3.5 过氧化氢用量的影响
            2.3.3.6 pH值的影响
            2.3.3.7 CuO纳米片催化剂重复使用次数
            2.3.3.8 不同催化剂比较
    2.4 结论
    2.5 参考文献
第三章 CuO/Fe₃O₄@C的制备及其催化氧化降解有机染料
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂及仪器
        3.2.2 实验方法
            3.2.2.1 Fe₃O₄的制备
            3.2.2.2 Fe₃O₄@C(MFC)的制备
            3.2.2.3 CuO/MFC的制备
            3.2.2.4 催化实验
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 CuO/MFC的表征
            3.3.1.1 电镜表征
            3.3.1.2 XRD、EDS与高分辨电镜元素Mapping分析
            3.3.1.3 XPS表征
            3.3.1.4 IR表征
            3.3.1.5 磁性能表征
        3.3.2 CuO/MFC形成影响因素探究
            3.3.2.1 沉淀剂种类影响
            3.3.2.2 沉淀剂用量影响
            3.3.2.3 表面活性剂用量影响
            3.3.2.4 表面活性剂种类影响
            3.3.2.5 反应时间影响
            3.3.2.6 CuO/MFC制备原理探究
        3.3.3 催化剂CuO/MFC氧化降解甲基橙(MO)
            3.3.3.1 降解MO干扰因素的排除
            3.3.3.2 pH值的影响
            3.3.3.3 过氧化氢用量的影响
            3.3.3.4 催化剂用量的影响
            3.3.3.5 MO脱色率随时间的变化
            3.3.3.6 温度的影响
            3.3.3.7 催化剂循环使用寿命
        3.3.4 催化剂CuO/MFC中CuO负载量及其溶解量测定
    3.4 结论
    3.5 参考文献
第四章 纳米铁酸铜的制备及其在超级电容器方面的应用
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂及仪器
        4.2.2 铁酸铜的制备
        4.2.3 电极材料表征
        4.2.4 电极的制备
        4.2.5 电极循环伏安(CV)测试
        4.2.6 电极充放电(Charge-Discharge)测试
        4.2.7 电极阻抗测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 铁酸铜纳米微球的表征
            4.3.1.1 电镜表征
            4.3.1.2 XRD与EDS表征
            4.3.1.3 FT-IR表征
            4.3.1.4 X-射线光电子能谱(XPS)表征
            4.3.1.5 磁性能表征
        4.3.2 形成机理初步探究
            4.3.2.1 沉淀剂NaAc浓度影响
            4.3.2.2 保护剂浓度的影响
            4.3.2.3 保护剂种类的影响
            4.3.2.4 反应温度的影响
            4.3.2.5 反应时间的影响
            4.3.2.6 铁酸铜形成机理探讨
        4.3.3 电化学测试
            4.3.3.1 循环伏安(CV)测试
            4.3.3.2 铁酸铜的恒电流充放电测试
            4.3.3.3 铁酸铜的循环寿命测试
            4.3.3.4 不同配比电极材料的恒电流充放电测试及循环寿命测试
            4.3.3.5 不同反应时间产物的恒电流充放电测试及循环寿命测试
            4.3.3.6 CuFe₂O₄的交流阻抗测试
    4.4 结论
    4.5 参考文献
第五章 结论
攻读硕士期间发表及待发表的文章
致谢



本文编号：3773175