本文關(guān)鍵詞：氮摻雜石墨烯基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、化學(xué)和力學(xué)等性能,廣泛應(yīng)用于傳感器、超級(jí)電容器、鋰電池等各個(gè)領(lǐng)域。雜原子摻雜可以有效可以調(diào)控石墨烯的能帶結(jié)構(gòu),改善其電化學(xué)性能,可提高石墨烯的電催化活性。氮原子與碳原子的原子半徑相近,并且其電負(fù)性比碳原子大,因此,石墨烯通過(guò)氮原子摻雜可有效改善其電化學(xué)性能。此外,硫原子與碳原子電負(fù)性接近,其孤對(duì)電子易發(fā)生極化,可提高石墨烯的電化學(xué)性能。更加值得注意的是,氮原子與硫原子共同摻雜可產(chǎn)生協(xié)同作用,可提高材料的電化學(xué)性能。二氧化錫是一種過(guò)渡金屬氧化物,具有高比電容,但其導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性較差,碳材料可作為導(dǎo)電基底,可顯著改善二氧化錫的電化學(xué)性能。本論文研究?jī)?nèi)容如下:(1)以氧化石墨烯為原料,尿素為還原劑和摻雜劑,通過(guò)熱處理制備了氮摻雜石墨烯(NG)。采用TEM、AFM、XRD和XPS等手段對(duì)制得的NG進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征。由于在石墨烯結(jié)構(gòu)中摻雜了氮元素,NG具有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能,因而使NG對(duì)對(duì)苯二胺的氧化具有很高的電催化活性。用制備的NG飾玻碳電極構(gòu)建了一個(gè)高度靈敏的檢測(cè)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)具有一個(gè)低的檢測(cè)限(0.67μM(S/N))和寬的線(xiàn)性區(qū)間(2-500u M),并且響應(yīng)快速(3秒內(nèi))�？蓱�(yīng)用于環(huán)境分析和其他的電催化應(yīng)用等領(lǐng)域。(2)以氧化石墨烯為原料,硫脲為還原劑和摻雜劑,以溶劑熱法制備了氮硫共摻雜石墨烯(NSG)。通過(guò)TEM、AFM、XRD、XPS、UV-vis、Raman等手段對(duì)制得的NSG進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示溶劑熱法成功地將氮硫元素?fù)诫s到石墨烯結(jié)構(gòu)中,NSG為片狀納米結(jié)構(gòu),導(dǎo)電率高。以循環(huán)伏安和恒流充放電測(cè)試研究NSG的電化學(xué)性能,在6mol/L的KOH溶液中,電流密度為1A/g時(shí),NSG的比電容為176.5 F/g。此外,經(jīng)過(guò)1000次的充放電循環(huán)后,其比電容的保持率依然可達(dá)95.35%。NSG具有比電容高、電容保持率高、循環(huán)穩(wěn)定性好等特點(diǎn),非常適合作為理想的超級(jí)電容器電極材料。(3)以氧化石墨烯、尿素和氯化錫為原料合成二氧化錫/氮摻雜石墨烯復(fù)合材料(Sn O_2@NG)。通過(guò)TEM、AFM、XRD、XPS、Raman、TGA等手段,對(duì)Sn O_2@NG的表面形貌、結(jié)構(gòu)和組成等性質(zhì)進(jìn)行了表征。表征顯示氮摻雜石墨烯為片狀結(jié)構(gòu),且二氧化錫顆粒均勻地分散在氮摻雜石墨烯片表面,二氧化錫顆粒為納米級(jí)別,且結(jié)晶度高,在復(fù)合材料中,Sn O_2的含量約為54.23%。以循環(huán)伏安和恒流充放電測(cè)試研究Sn O_2@NG的電化學(xué)性能,在0.5mol/L的Na2SO4溶液中,電流密度為0.5 A/g時(shí),其比電容為289.5 F/g。經(jīng)過(guò)2000次充放電循環(huán)后,其電容保持率可達(dá)92.85%。Sn O_2@NG具有比電容高、電容保持率高、循環(huán)穩(wěn)定性好等特點(diǎn),非常適合作為理想的超級(jí)電容器電極材料。
【關(guān)鍵詞】：氮摻雜石墨烯 電化學(xué)傳感器 對(duì)苯二胺 超級(jí)電容器 氮硫共摻雜石墨烯 二氧化錫
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 石墨烯和氮摻雜石墨烯9-12
• 1.2.1 石墨烯概述9-10
• 1.2.2 氮摻雜石墨烯10-12
• 1.3 電化學(xué)傳感器12-15
• 1.3.1 電化學(xué)傳感器的原理及分類(lèi)12-14
• 1.3.2 電化學(xué)傳感器的制備14
• 1.3.3 電化學(xué)傳感器的應(yīng)用14-15
• 1.4 超級(jí)電容器15-20
• 1.4.1 超級(jí)電容器的工作原理和分類(lèi)16-17
• 1.4.2 超級(jí)電容器的特點(diǎn)17-18
• 1.4.3 超級(jí)電容器的電極材料18-20
• 1.5 本文的研究意義和主要內(nèi)容20-21
• 第二章 氮摻雜石墨烯修飾玻碳電極檢測(cè)對(duì)苯二胺21-29
• 2.1 引言21-22
• 2.2.實(shí)驗(yàn)部分22-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備22
• 2.2.2 氧化石墨烯和氮摻雜石墨烯的制備22-23
• 2.2.3 氮摻雜石墨烯修飾玻碳電極的制備23
• 2.2.4 表征23-24
• 2.3. 結(jié)果與討論24-28
• 2.3.1 TEM和AFM分析24
• 2.3.2 XRD分析24-25
• 2.3.3 XPS分析25
• 2.3.4 對(duì)苯二胺在氮摻雜石墨烯修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為25-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 氮硫共摻雜石墨烯的合成及其電容性能的研究29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分29-32
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備29-30
• 3.2.2 氧化石墨烯和氮硫共摻雜石墨烯的制備30
• 3.2.3 氮硫共摻雜石墨烯工作電極的制備30-31
• 3.2.4 氮硫共摻雜石墨烯的表征和電化學(xué)性能測(cè)試31-32
• 3.3 結(jié)果與討論32-39
• 3.3.1. TEM和AFM分析32-33
• 3.3.2 XRD分析33
• 3.3.3 Raman分析33-34
• 3.3.4 XPS分析34-35
• 3.3.5 接觸角分析35-36
• 3.3.6 UV vis分析36
• 3.3.7 電導(dǎo)率表征36-37
• 3.3.8 氮硫共摻雜石墨烯的電化學(xué)性能37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第四章 二氧化錫/氮摻雜石墨烯的制備及其電容性能研究41-51
• 4.1 引言41-42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分42-43
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備42
• 4.2.2 二氧化錫/氮摻雜石墨烯的制備42-43
• 4.2.3 二氧化錫/氮摻雜石墨烯工作電極的制備43
• 4.2.4 二氧化錫/氮摻雜石墨烯的表征和電化學(xué)性能測(cè)試43
• 4.3 結(jié)果與討論43-50
• 4.3.1 TEM分析43-44
• 4.3.2 XRD分析44-45
• 4.3.3 XPS分析45-46
• 4.3.4 TGA分析46-47
• 4.3.5 Raman分析47
• 4.3.6 電化學(xué)性能分析47-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-53
• 參考文獻(xiàn)53-62
• 研究生階段發(fā)表的文章62-63
• 致謝63

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 晏根平;基于低維碳納米材料信號(hào)增強(qiáng)的電化學(xué)傳感器研究[D];湖南大學(xué);2015年

2 劉燦;電化學(xué)傳感器檢測(cè)堆肥微生物及幾種典型環(huán)境污染物的研究[D];湖南大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張合敬;基于石墨烯及其復(fù)合材料的電化學(xué)傳感器研究[D];湖南大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：氮摻雜石墨烯基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：435789