本文關鍵詞：石墨烯基金屬復合材料的制備及催化應用

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【摘要】：石墨烯,由于二維蜂窩晶格結構的特殊性,使其具有許多獨特的性質,如大的比表面積、良好的吸附能力、高的化學穩(wěn)定性和規(guī)整的平面二維結構等,可作為一種開發(fā)大規(guī)模、高性能石墨烯基納米復合材料的理想載體,在鋰離子電池、超級電容器、光催化、生物傳感器等方面都有著廣泛的應用。金屬納米顆粒由于粒徑小、比表面積大、具有獨特的物理化學性質而受到廣泛關注,但由于容易團聚的缺陷,使得其應用受到很大限制,所以金屬顆粒的分散和保護一直是研究者們關注的熱點。將石墨烯與金屬納米顆粒復合,在兩者的協(xié)同作用下既能加速電荷轉移,又能展現(xiàn)優(yōu)異的導電性和催化性能。本文合成了三種石墨烯基金屬復合材料,分別是石墨烯/鎳納米復合材料、石墨烯/鈷/鎳復合材料和石墨烯/銀/溴化銀復合材料,保護了金屬顆粒的分散性并提高了復合材料的催化活性,具體內(nèi)容如下:(1)以氧化石墨烯和硝酸鎳為原料,在乙二醇的還原作用下,通過一步水熱反應制備了石墨烯/鎳納米復合材料的前驅體,再在450℃的氬氣環(huán)境中煅燒2小時得到石墨烯/鎳材料。采用SEM、TEM、EDS、XRD、FTIR等對其進行表征,研究了該材料對抗壞血酸的電催化性能,以及PH、不同掃描速率對抗壞血酸電催化性能的影響。結果表明,石墨烯/鎳材料修飾電極對抗壞血酸具有良好的電催化活性,線性范圍和檢出限分別為0.01 mM-1.15 mM(r=0.99919)和0.61?M,并探討了其電催化機理。(2)以氧化石墨烯、硝酸鎳和硝酸鈷為原料,在乙二醇的還原作用了合成了石墨烯/鈷/鎳的前驅體,通過在550℃的Ar中煅燒2小時成功制備了石墨烯/鈷/鎳復合材料,并制備了石墨烯/鈷/鎳修飾電極,探討了其對多巴胺的電催化性能及催化機理,該實驗檢測的線性范圍為10?mol/L-2250?mol/L(r=0.99837),檢出限為0.119?mol/L,其信噪比為3。(3)以抗壞血酸為還原劑,以氧化石墨烯、硝酸銀、十六烷基三甲基溴化銨為原料,一步水熱合成了石墨烯/銀/溴化銀復合材料,其中十六烷基三甲基溴化銨既是表面活性劑,也提供了溴元素。采用SEM、TEM、EDS和XRD等對產(chǎn)物的形貌、結構、元素組成進行了表征,發(fā)現(xiàn)復合材料對羅丹明B染料有很好的光催化降解效果,對PH、催化劑量、摻雜石墨烯的量進行優(yōu)化,并用交流阻抗法進一步研究了復合材料的電子傳遞情況,研究了復合材料的光催化性能以及作為催化劑的循環(huán)使用性能,也探討了其光催化機理。
【關鍵詞】：石墨烯 金屬顆粒 光催化 電催化
【學位授予單位】：西華師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB333;O643.36
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章 前言9-17
• 1.1 納米材料概述9
• 1.2 石墨烯概述9-11
• 1.2.1 石墨烯的結構9-11
• 1.2.2 石墨烯的性質11
• 1.2.3 石墨烯的應用11
• 1.3 石墨烯基復合材料11-13
• 1.3.1 石墨烯無機納米復合材料12
• 1.3.2 石墨烯聚合物復合材料12-13
• 1.4 石墨烯基復合材料的應用13-14
• 1.4.1 電化學傳感器13
• 1.4.2 光催化應用13-14
• 1.4.3 燃料電池14
• 1.4.4 吸附劑14
• 1.5 本論文的研究背景、內(nèi)容及意義14-17
• 1.5.1 本論文的研究背景14-15
• 1.5.2 本論文的主要內(nèi)容15
• 1.5.3 本論文的研究意義15-17
• 第2章 石墨烯/鎳納米復合材料的制備及其對抗壞血酸的電化學檢測應用17-29
• 2.1 前言17
• 2.2 實驗部分17-19
• 2.2.1 實驗主要藥品和儀器17-18
• 2.2.2 實驗主要步驟18-19
• 2.2.2.1 石墨烯/鎳復合材料的合成18-19
• 2.2.2.2 rGO/Ni/GCE修飾電極的制備及其電化學測定19
• 2.3 結果與討論19-28
• 2.3.1 rGO/Ni復合材料的表征19-24
• 2.3.2 rGO/Ni復合材料的電催化性能24-28
• 2.3.2.1 緩沖溶液PH的優(yōu)化24-25
• 2.3.2.2 不同掃描速率的影響25-26
• 2.3.2.3 抗壞血酸的測定26-27
• 2.3.2.4 電催化機理27-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第3章 石墨烯/鎳/鈷復合材料的制備及其對多巴胺的電化學檢測29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 實驗部分29-31
• 3.2.1 實驗主要藥品和儀器29-30
• 3.2.2 實驗主要步驟30-31
• 3.2.2.1 石墨烯/鎳/鈷復合材料的合成30-31
• 3.2.2.2 rGO/Ni/GCE修飾電極的制備及其電化學測定31
• 3.3 結果與討論31-39
• 3.3.1 rGO/Ni/Co復合材料的表征31-35
• 3.3.2 多巴胺的電化學行為35-39
• 3.3.2.1 緩沖溶液PH的優(yōu)化35-36
• 3.3.2.2 及不同掃描速率的影響36-37
• 3.3.2.3 檢測多巴胺37-39
• 3.4 電催化機理39
• 3.5 小結39-40
• 第4章 石墨烯基銀溴化銀復合材料的制備及對羅丹明B光降解的研究40-52
• 4.1 前言40-41
• 4.2 實驗部分41-42
• 4.2.1 實驗主要藥品和儀器41
• 4.2.2 實驗主要步驟41-42
• 4.2.2.1 石墨烯/銀/溴化銀復合材料的合成41-42
• 4.2.2.2 光降解實驗42
• 4.3 結果與討論42-52
• 4.3.1 rGO/Ag/AgBr復合材料的表征42-44
• 4.3.2 rGO/Ag/AgBr復合材料的光催化性能44-49
• 4.3.2.1 溶液PH對光催化降解RhB的影響45-46
• 4.3.2.2 不同rGO/Ag/AgBr催化劑量對光催化降解RhB的影響46-47
• 4.3.2.3 不同石墨烯摻雜量對光催化降解RhB的影響47-48
• 4.3.2.4 光催化劑的穩(wěn)定性檢測48-49
• 4.3.3 修飾電極的電化學交流阻抗研究49-50
• 4.3.4 光催化機理的研究50-51
• 4.3.5 本章小結51-52
• 第5章 結論與展望52-54
• 5.1 結論52
• 5.2 展望52-54
• 參考文獻54-69
• 致謝69-72
• 在學期間的科研情況72

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