本文關(guān)鍵詞：石墨烯空心球的可控制備及其電催化性能研究

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【摘要】：化石燃料的廣泛使用給人類帶來了全球氣候變暖,能源短缺和霧霾等嚴重的環(huán)境問題。而燃料電池作為一種高效、清潔的能源因其能量轉(zhuǎn)換效率高、安全性能好受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。然而燃料電池中鉑基催化劑價格昂貴、資源短缺限制了其商業(yè)化進程。因此,開發(fā)新型的非貴金屬氧還原催化劑成為了學術(shù)界研究的熱點。石墨烯基的碳納米材料因其高的比表面積、高導電性而在氧還原電催化應用中得到了廣泛的關(guān)注。本論文首先以正硅酸乙酯為起始原料,可控的合成了不同直徑的二氧化硅球,并使用重力沉降法對二氧化硅球進行了自組裝。然后以二氧化硅為模板、甲烷為碳源,通過CVD的方法可控的合成了一種新穎的具有三維連續(xù)結(jié)構(gòu)的石墨烯空心球材料,實驗結(jié)果表明這種三維連續(xù)結(jié)構(gòu)的碳材料具有與鉑相當?shù)幕钚�、更好的穩(wěn)定性和抗甲醇中毒性。材料優(yōu)良的性能可能來源于三維的連續(xù)結(jié)構(gòu)所提供的高速的運輸通道以及連續(xù)結(jié)構(gòu)所保證的穩(wěn)定的電子傳遞效率。此外,通過對二氧化硅球進行刻蝕,然后再以CVD法直接催化生長石墨烯,得到具有刺狀結(jié)構(gòu)的海膽狀的空心石墨烯球,電化學測試表明該材料具有良好的穩(wěn)定性和抗甲醇中毒性,具有潛在的應用價值。
【關(guān)鍵詞】：二氧化硅 石墨烯球 氧還原反應 燃料電池
【學位授予單位】：溫州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O613.71;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-30
• 1.1 納米材料述10-11
• 1.1.1 納米材料簡介10
• 1.1.2 納米材料的特性10-11
• 1.2 碳納米材料概述11-14
• 1.2.1 富勒烯12-13
• 1.2.2 碳納米管13-14
• 1.3 石墨烯14-18
• 1.3.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.2 石墨烯的性質(zhì)15-16
• 1.3.3 石墨烯的制備16-18
• 1.4 三維石墨烯的制備18-20
• 1.5 二氧化硅納米球20-21
• 1.5.1 納米二氧化硅簡介20
• 1.5.2 納米二氧化硅的制備20-21
• 1.6 燃料電池概述21-26
• 1.6.1 燃料電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理22
• 1.6.2 燃料電池的分類22-24
• 1.6.3 燃料電池的陰極氧還原機理24-26
• 1.6.4 燃料電池陰極氧還原催化劑26
• 1.7 論文背景、意義及主要研究內(nèi)容26-30
• 1.7.1 論文選題的背景及意義26-28
• 1.7.2 研究內(nèi)容28-30
• 第二章 單分散二氧化硅納米球的可控制備及自組裝30-40
• 2.1 引言30-31
• 2.2 實驗部分31-32
• 2.2.1 實驗藥品31
• 2.2.2 實驗儀器31
• 2.2.3 單分散二氧化硅球的制備31-32
• 2.2.4 二氧化硅球的自組裝32
• 2.3 實驗結(jié)果與討論32-38
• 2.3.1 反應機理32-33
• 2.3.2 正硅酸乙酯的量對二氧化硅球直徑的影響33-36
• 2.3.3 自組裝的二氧化硅的形貌表征36-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第三章 具有三維連續(xù)結(jié)構(gòu)的石墨烯空心球納米材料的可控制備及其在氧還原電催化中研究40-60
• 3.1 引言40-42
• 3.2 實驗部分42-46
• 3.2.1 主要實驗試劑42
• 3.2.2 主要實驗表征儀器42-43
• 3.2.3 三維連續(xù)結(jié)構(gòu)的石墨烯空心球的制備43-44
• 3.2.4 實驗樣品的物理參數(shù)的表征44-45
• 3.2.5 實驗產(chǎn)物的電化學性能測試45-46
• 3.3 實驗結(jié)果與討論46-59
• 3.3.1 正硅酸乙酯的濃度對二氧化硅直徑的影響46-47
• 3.3.2 石墨烯空心球的形貌表征47-48
• 3.3.3 正硅酸乙酯的濃度對石墨烯空心球直徑的影響48-49
• 3.3.4 溫度對宏觀石墨烯空心球的顏色的影響49-50
• 3.3.5 溫度對石墨烯空心球的石墨層厚度的影響50-52
• 3.3.6 石墨烯空心球的結(jié)構(gòu)表征52-53
• 3.3.7 循環(huán)伏安測試53
• 3.3.8 線性掃描伏安測試53-55
• 3.3.9 組裝的材料與沒組裝的材料的催化性能的比較55-56
• 3.3.10 材料的電子轉(zhuǎn)移數(shù)的計算56-58
• 3.3.11 材料的抗毒性和穩(wěn)定性的測試58-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 第四章 海膽狀的空心石墨烯球的合成及其在氧還原電催化劑中的應用研究60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 實驗部分61-64
• 4.2.1 實驗藥品61
• 4.2.2 實驗表征儀器61-62
• 4.2.3 海膽狀空心石墨烯球的合成62
• 4.2.4 實驗樣品的物理參數(shù)的表征62-63
• 4.2.5 實驗產(chǎn)物的電化學性能測試63-64
• 4.3 實驗結(jié)果與討論64-69
• 4.3.1 海膽狀石墨烯材料的掃描電鏡表征64-65
• 4.3.2 海膽狀空心石墨烯球的透射電鏡表征65
• 4.3.3 海膽狀空心石墨烯球的結(jié)構(gòu)表征65-66
• 4.3.4 循環(huán)伏安測試66-67
• 4.3.5 線性掃描伏安測試67
• 4.3.6 材料的抗毒性和穩(wěn)定性的測試67-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 總結(jié)及展望70-72
• 參考文獻72-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 梁勇,戰(zhàn)可濤;納米碳管的研究發(fā)展概況[J];粉體技術(shù);1998年04期

2 劉雁;;燃料電池 人類未來的能源終極解決方案[J];資源與人居環(huán)境;2007年05期

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本文編號：648805