本文關(guān)鍵詞：等離子體輔助球磨制備少層石墨烯及其復(fù)合材料

  更多相關(guān)文章： 等離子體輔助球磨 球磨介質(zhì) 少層石墨烯 儲氫 制氫

【摘要】：石墨烯由于其具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)因而具備優(yōu)異的物理性能,被廣泛應(yīng)用于微電子元器件、儲能材料、功能復(fù)合材料以及生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域。目前石墨烯的制備方法主要分為自上而下法及自下而上法兩類,包括機(jī)械剝離法、SiC外延生長法、化學(xué)氣相沉積以及化學(xué)氧化還原法,但是都存在導(dǎo)電性能差、轉(zhuǎn)移成本高以及無法大批量工業(yè)生產(chǎn)等缺點(diǎn)�；诖�,本論文以“等離子體輔助球磨制備少層石墨烯及其復(fù)合材料”為主要研究內(nèi)容,綜合考慮碳源選擇、球磨參數(shù)以及球磨介質(zhì)三大影響參數(shù),對少層石墨烯的制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化,發(fā)展了少層石墨烯的制備方法。本文還對球磨法制備的少層石墨烯復(fù)合材料進(jìn)行了性能測試,測試了GeO2/FLG樣品作為鋰離子電池負(fù)極材料電化學(xué)性能;檢測了Mg/FLG復(fù)合材料的儲氫性能以及水解性能;探索了Fe2O3/FLG作為氧還原反應(yīng)催化劑并測試其電化學(xué)性能。研究表明經(jīng)1000℃高溫?zé)崽幚砗笾苽涞玫降呐蛎浭哂惺杷啥嗫椎拿扌鯛罱Y(jié)構(gòu),且與可膨脹石墨相比而言,其含O、S元素質(zhì)量百分含量大大降低且具有較大的比表面積。膨脹石墨較易剝離開形成薄層石墨片,作為制備少層石墨烯的先驅(qū)碳源材料具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。其次,選擇WC作為球磨介質(zhì)制備得到的復(fù)合材料中碳材料Raman 2D峰向低波數(shù)方向偏移,表明固態(tài)球磨介質(zhì)的確對碳材料具有減薄效果。隨著球磨時間的延長,石墨烯納米片被完全剝離開且片層數(shù)目逐漸減少,但是球磨時間過長導(dǎo)致了非晶碳的形成。TEM可以觀察到介質(zhì)阻擋放電等離子體高能球磨8 h樣品WC/FLG-8 h中石墨烯薄片呈現(xiàn)多褶皺、半透明紗狀形貌,少層石墨烯片層數(shù)僅為6層。球磨介質(zhì)BN、ZnO、Fe2O3、GeO2、WC以及Mg2Si對制備的少層石墨烯的形貌影響不大,但對石墨烯的片層數(shù)目具有較大影響。球磨介質(zhì)莫氏硬度越高時,制備得到的石墨片的層數(shù)越薄,而且當(dāng)球磨介質(zhì)的介電常數(shù)數(shù)值居于8.0附近時,制備得到的石墨烯薄片質(zhì)量最優(yōu),石墨烯片層數(shù)均少于7層。GeO2/FLG復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的儲鋰容量,首次放電容量為1322 mAh/g,第二次放電容量為850 mAh/g,經(jīng)70次循環(huán)后放電容量為400 mAh/g。等離子體放電球磨制備的Mg/FLG復(fù)合材料可逆儲氫容量5.5 wt.%,接近該復(fù)合樣品理論儲氫含量6.08 wt.%。Mg/FLG樣品的儲氫性能與純Mg相比,其熱力學(xué)以及動力學(xué)性能雖然并沒有明顯的改善,但是膨脹石墨的加入大大加快了Mg的吸氫速率。等離子體放電高能球磨制備的Mg/FLG樣品表現(xiàn)有良好的水解放氫動力學(xué)性能,即在20 min內(nèi)可以水解完全,釋放氫氣體積為702 mL/g,計算可知該樣品的水解活化能為50.6 KJ/mol。Mg/FLG樣品具有優(yōu)異的水解制氫性能與復(fù)合樣品中的少層、多缺陷石墨薄片具有的活性位點(diǎn)有關(guān)。高能球磨制備的Fe2O3/FLG樣品作為ORR催化劑其起始電位為-0.25 V,性能仍需進(jìn)一步提高。
【關(guān)鍵詞】：等離子體輔助球磨 球磨介質(zhì) 少層石墨烯 儲氫 制氫
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 引言11
• 1.2 石墨烯制備方法概述11-18
• 1.2.1 微機(jī)械剝離法12-14
• 1.2.2 化學(xué)氣相沉積法14-15
• 1.2.3 SiC外延生長法15-16
• 1.2.4 化學(xué)氧化還原法16-18
• 1.3 石墨烯的表征方法18-22
• 1.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）18-19
• 1.3.2 透射電子顯微鏡（TEM）19-20
• 1.3.3 原子力顯微鏡（AFM）20
• 1.3.4 拉曼光譜（Raman）20-22
• 1.4 石墨烯的應(yīng)用前景22-26
• 1.4.1 石墨烯復(fù)合材料的儲鋰性能22-24
• 1.4.2 石墨烯/鎂基復(fù)合材料儲氫/制氫性能24-25
• 1.4.2.1 石墨烯/Mg復(fù)合材料儲氫性能24
• 1.4.2.2 石墨烯/Mg復(fù)合材料水解制氫性能24-25
• 1.4.3 石墨烯作氧還原反應(yīng)催化劑性能25-26
• 1.5 本文研究的選題依據(jù)及研究內(nèi)容26-28
• 1.5.1 選題依據(jù)26
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容26-28
• 第二章 復(fù)合材料制備、表征及性能測試28-35
• 2.1 放電等離子體輔助球磨工藝介紹28-29
• 2.2 不同球磨方法對少層石墨烯結(jié)構(gòu)的影響29-31
• 2.3 材料的制備方法31
• 2.4 石墨烯基復(fù)合材料的表征31-32
• 2.4.1 X射線衍射分析31
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡分析31
• 2.4.3 透射電鏡分析31
• 2.4.4 拉曼光譜分析31-32
• 2.4.5 熱重分析32
• 2.4.6 傅里葉紅外光譜分析32
• 2.5 石墨烯復(fù)合材料性能測試32-35
• 2.5.1 鋰離子電池電化學(xué)性能測試32
• 2.5.2 儲氫/制氫性能測試32-33
• 2.5.2.1 儲氫性能測試32-33
• 2.5.2.2 水解制氫性能測試33
• 2.5.3 氧還原反應(yīng)催化性能測試33-35
• 第三章 等離子體輔助球磨制備少層石墨烯35-49
• 3.1 前言35-36
• 3.2 碳源的選擇36-39
• 3.3 球磨時間對少層石墨烯形態(tài)以及層數(shù)的影響39-43
• 3.4 球磨介質(zhì)對少層石墨烯形態(tài)以及層數(shù)的影響43-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 少層石墨烯復(fù)合材料的性能49-68
• 4.1 引言49
• 4.2 GeO_2/FLG復(fù)合材料電化學(xué)性能49-53
• 4.3 Mg/FLG復(fù)合材料儲/制氫性能53-62
• 4.3.1 Mg/FLG復(fù)合材料儲氫性能53-58
• 4.3.2 Mg/FLG復(fù)合材料水解制氫性能58-62
• 4.4 Fe_2O_3/FLG復(fù)合材料氧還原催化性能62-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 全文總結(jié)及展望68-70
• 全文總結(jié)68-69
• 工作展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果77-78
• 致謝78-80
• 答辯委員會對論文的評定意見80

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9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

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1 成會明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

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10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

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1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報;2010年

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8 本報記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

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1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學(xué);2014年

8 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

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1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

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