本文關(guān)鍵詞：氮摻雜碳微球和碳量子點(diǎn)的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氮摻雜多孔碳是一類重要的碳材料,它具有較大的比表面積,良好的導(dǎo)電性和親水性,在超級(jí)電容器電極、非均相催化和氧還原催化等方面有很廣泛的應(yīng)用。氮摻雜碳量子點(diǎn)是另一類新型碳材料,它具有較高的熒光強(qiáng)度、低毒性和生物相容性等特點(diǎn),在離子或分子熒光探針方面有重要的應(yīng)用前景。采用合適原料,通過簡單高效方法合成氮摻雜碳材料,充分發(fā)掘其應(yīng)用潛力對(duì)碳材料的開發(fā)和性能拓展有積極意義。啤酒富含氨基酸、糖類等多種營養(yǎng)成分,可作為理想的碳氮源來通過溶劑熱操作制備元素?fù)诫s碳材料。本文采用啤酒作為前驅(qū)體,通過簡單的水熱反應(yīng)同時(shí)合成氮摻雜多孔碳微球和碳量子點(diǎn),微球材料在超級(jí)電容器及氧還原電極材料和非均相催化方面都展示出良好的應(yīng)用性能,而碳量子點(diǎn)呈現(xiàn)出較高的熒光量子產(chǎn)率和優(yōu)越的熒光穩(wěn)定性,我們對(duì)這兩類材料進(jìn)行細(xì)致的結(jié)構(gòu)表征和性能分析,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)以啤酒為前驅(qū)體水熱合成了多孔氮摻雜碳微球(PCM)沉淀,通過用Zn Cl2高溫活化得到高比表面積、導(dǎo)電性和親水性良好的多孔氮摻雜碳微球(a-PCM)。對(duì)aPCM進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),其內(nèi)部碳骨架上的吡啶型氮和石墨型氮對(duì)a-PCM的應(yīng)用性能有很大的幫助。作為超級(jí)電容器電極a-PCM能提供較高電雙層電容和一定的贗電容,在1 A/g電流密度下,其比電容為273.2 F/g,這在合成的各種碳微球種類中是比較高的。(2)a-PCM可作為非金屬催化劑對(duì)4-硝基苯酚的還原反應(yīng)有較高的催化活性。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),氮元素的摻雜可改變相鄰碳原子的電負(fù)性,使碳原子呈現(xiàn)出與金屬類似的催化性質(zhì)。相比傳統(tǒng)的貴金屬催化劑,a-PCM作為非金屬催化劑能夠有效降低催化劑成本,在非均相催化方面有很大應(yīng)用潛力。(3)a-PCM可用作氧還原反應(yīng)(ORR)的陰極催化劑,替代傳統(tǒng)的Pt或Pt基催化材料。將a-PCM用于堿性氧還原體系,能展示出較高的氧還原催化活性。因此,將aPCM作為氧還原催化將極大地降低成本并且進(jìn)一步提高氧還原催化活性。(4)以啤酒為前驅(qū)體水熱也同時(shí)合成了氮摻雜碳量子點(diǎn)(NCQDs)水溶液,該NCQDs對(duì)酸堿度敏感,再結(jié)合氮摻雜碳量子點(diǎn)都具有的生物相容性的特點(diǎn),可以將NCQDs作為p H敏感的熒光探針應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)方面。另外,向NCQDs中加入不同的陽離子和陰離子(400μM)后,發(fā)現(xiàn)其熒光強(qiáng)度幾乎沒有發(fā)生變化,說明NCQDs的抗干擾能力很強(qiáng);同時(shí),NCQDs在干燥狀態(tài)仍呈現(xiàn)出良好熒光性能。(5)將NCQDs與氧化石墨烯(GO)作為反應(yīng)物,經(jīng)過水熱后形成了三維柱狀的石墨烯/氮摻雜碳量子點(diǎn)(3DG/NCQDs)復(fù)合物,該復(fù)合物具有較高的比表面積和導(dǎo)電性。將3DG/NCQDs用于超級(jí)電容器電極,發(fā)現(xiàn)在1 A/g電流密度下,其比電容為287.5 F/g,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單純的三維柱狀石墨烯的比電容127.4 F/g。該復(fù)合材料同時(shí)具備良好的倍率和循環(huán)穩(wěn)定性,顯示出3DG/NCQDs在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：氮摻雜多孔碳微球 氮摻雜碳量子點(diǎn) 3DG/NCQDs 超級(jí)電容器 燃料電池 催化劑 熒光 水熱合成法
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 碳量子點(diǎn)簡介12-14
• 1.2.1 碳量子點(diǎn)發(fā)光原理12-13
• 1.2.2 碳量子點(diǎn)常用的表征方法13-14
• 1.3 超級(jí)電容器簡介14-16
• 1.3.1 超級(jí)電容器工作原理14-15
• 1.3.2 超級(jí)電容器的主要性能表征15-16
• 1.4 燃料電池簡介16-17
• 1.4.1 氧還原反應(yīng)的機(jī)理17
• 1.4.2 氧還原催化的主要性能表征17
• 1.5 碳材料的相關(guān)研究進(jìn)展17-20
• 1.5.1 碳材料在熒光量子點(diǎn)方面的進(jìn)展17-18
• 1.5.2 碳材料在超級(jí)電容器方面的進(jìn)展18-19
• 1.5.3 碳材料在氧還原催化方面的進(jìn)展19-20
• 1.6 本論文的研究目的和主要內(nèi)容20-23
• 第二章 氮摻雜多孔碳微球的制備及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用23-39
• 2.1 前言23-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)過程24-25
• 2.2.1 合成方法24
• 2.2.2 將不同樣品組裝成超級(jí)電容器24
• 2.2.3 樣品相關(guān)的特性測(cè)試24-25
• 2.2.4 樣品相關(guān)的電化學(xué)測(cè)試25
• 2.3 結(jié)果與討論25-37
• 2.3.1 樣品的合成過程分析25-27
• 2.3.2 PCM的形貌、微觀結(jié)構(gòu)和表面特性分析27-32
• 2.3.3 樣品的電化學(xué)性能分析32-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第三章 氮摻雜多孔碳微球?qū)?duì)硝基苯酚的催化39-47
• 3.1 前言39-40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分40
• 3.2.1 合成方法40
• 3.2.2 樣品催化測(cè)試的前處理40
• 3.2.3 樣品的相關(guān)特性測(cè)試40
• 3.2.4 樣品相關(guān)的催化測(cè)試40
• 3.3 結(jié)果與討論40-45
• 3.3.1 樣品合成過程的分析40-41
• 3.3.2 樣品的特性分析41
• 3.3.3 樣品的催化性能分析41-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 氮摻雜多孔碳微球在氧還原催化性能方面的研究47-55
• 4.1 前言47-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 4.2.1 合成方法48
• 4.2.2 樣品ORR催化測(cè)試的前處理48
• 4.2.3 樣品相關(guān)的特性測(cè)試48
• 4.2.4 樣品相關(guān)的ORR催化測(cè)試48-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-53
• 4.3.1 樣品的合成過程分析49
• 4.3.2 樣品的特性分析49-50
• 4.3.3 樣品的ORR電催化性能分析50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第五章 氮摻雜碳量子點(diǎn)的制備及在熒光中的應(yīng)用55-65
• 5.1 前言55-56
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分56
• 5.2.1 合成方法56
• 5.2.2 NCQDs的相關(guān)測(cè)試56
• 5.3 結(jié)果與討論56-63
• 5.3.1 NCQDs的合成過程分析56
• 5.3.2 NCQDs的特性分析56-63
• 5.4 本章小結(jié)63-65
• 第六章 氮摻雜碳量子點(diǎn)與石墨烯復(fù)合在超級(jí)電容器中的應(yīng)用65-77
• 6.1 前言65-66
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分66-68
• 6.2.1 合成方法66
• 6.2.2 分別將 3DG和復(fù)合物組裝成超級(jí)電容器66-67
• 6.2.3 3DG和復(fù)合物相關(guān)的特性測(cè)試67
• 6.2.4 3DG和復(fù)合物相關(guān)的電化學(xué)測(cè)試67-68
• 6.3 結(jié)果與討論68-76
• 6.3.1 3DG和復(fù)合物的形貌、微觀結(jié)構(gòu)和表面特性分析68-71
• 6.3.2 3DG和復(fù)合物的電化學(xué)性能分析71-76
• 6.4 本章小結(jié)76-77
• 第七章 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-91
• 致謝91-93
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄93-94

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 冉奮;張宣宣;王翎任;趙磊;范會(huì)利;孔令斌;康龍;;發(fā)射狀OMS_2型MnO_2的制備及其超級(jí)電容性能[J];功能材料;2013年19期

2 鐘暉;戴艷陽;黃浩宇;;電化學(xué)電容器碳材料研究現(xiàn)狀[J];電源技術(shù);2013年09期

3 鄧歡歡;張丹丹;;串聯(lián)超級(jí)電容器組開關(guān)電感通斷法均衡研究[J];高壓電器;2013年12期

4 周海生;何捍衛(wèi);洪東升;解東梅;楊良;;鋁箔電化學(xué)與化學(xué)刻蝕對(duì)超級(jí)電容器性能的影響比較[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2013年06期

5 黃澍;王瑋;王康麗;蔣凱;程時(shí)杰;;石墨烯在化學(xué)儲(chǔ)能中的研究進(jìn)展[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2014年02期

6 黃磊;張艷華;涂銘旌;;鋰離子電池中石墨烯基金屬氧化物負(fù)極材料的制備和應(yīng)用[J];功能材料;2014年08期

7 朱楊軍;代芳;于峰;周攀;李莉;溫祖標(biāo);;硝酸改性活性炭電極材料的電化學(xué)性能研究[J];復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

8 孫英祥;孫相寶;何志偉;趙增典;劉然升;婁湘琴;;桃花水熱法一步合成水溶性熒光碳點(diǎn)[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2014年03期

9 賈志軍;王俊;王毅;;超級(jí)電容器電極材料的研究進(jìn)展[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2014年04期

10 Long Kang;Shi-Xiong Sun;Ling-Bin Kong;Jun-Wei Lang;Yong-Chun Luo;;Investigating metal-organic framework as a new pseudo-capacitive material for supercapacitors[J];Chinese Chemical Letters;2014年06期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 魏海博;陳一民;謝凱;;高比表面積椰殼活性炭電極材料研究[A];中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間材料專業(yè)委員會(huì)2012學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文（摘要）集[C];2012年

2 李常浩;劉天晴;;層狀液晶中氧化鎳納米片的制備及電化學(xué)特性[A];中國化學(xué)會(huì)第十四屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集-第1分會(huì)：表面界面與納米結(jié)構(gòu)材料[C];2013年

3 楊文秀;郟建波;;鐵摻雜的多孔碳復(fù)合材料的制備及其氧還原研究[A];中國化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第04分會(huì)：納米生物傳感新方法[C];2014年

4 Wen-Jun Niu;Rong-Hui Zhu;Sheng-Yuan Deng;Dan Shan;;Simple synthesis of nitrogen-doped carbon dots with selectivity and sensitivity in the detection of NADH[A];全國石墨烯材料技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用交流研討會(huì)論文集[C];2015年

5 趙巖;袁壽其;李華明;;鈷酸錳納米花的制備及其電化學(xué)性能研究[A];2015年中國化工學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2015年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉卯成;雙金屬氧化物及其復(fù)合材料的贗電容行為研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

2 王林;超級(jí)電容器石墨烯基復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 張琳;多孔炭材料的制備及其電化學(xué)電容特性的研究[D];湖南大學(xué);2007年

4 朱剛;獨(dú)特形貌氧化錳納米電極材料的可控制備及其電容性質(zhì)研究[D];陜西師范大學(xué);2013年

5 鄧玲娟;過渡金屬氧化物/石墨烯納米電極材料制備及其電容性質(zhì)研究[D];陜西師范大學(xué);2013年

6 李鴿;基于釩鈮氧化物及其復(fù)合材料的合成與電化學(xué)儲(chǔ)能性能的研究[D];華東師范大學(xué);2012年

7 李祥;超級(jí)電容器氧化釕基復(fù)合電極材料的制備及表征[D];中南大學(xué);2012年

8 項(xiàng)東;鐵基合金與氧化物納米粒子修飾有序介孔碳電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2013年

9 羅改霞;鋰離子電池與超級(jí)電容器電極材料的理論研究[D];大連理工大學(xué);2013年

10 李琛;碳基超級(jí)電容器及其電氣性能研究[D];大連理工大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 金英華;超級(jí)電容器的性能研究與狀態(tài)分析[D];大連理工大學(xué);2013年

2 王雅玉;碳—?dú)溲趸噺?fù)合電極材料的研究及其在非對(duì)稱超級(jí)電容器中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2013年

3 閆寶玉;用于疊片式超級(jí)電容器的碳電極材料的制備及電容特性[D];吉林大學(xué);2013年

4 裴有斌;銅、錳納米氧化物的制備及電化學(xué)儲(chǔ)能性質(zhì)研究[D];浙江理工大學(xué);2013年

5 馬征;氮摻雜碳納米材料的制備及其催化應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2013年

6 李俊玲;聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)制備及其超電容性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

7 蘆超;MCo_2O_4（M=Ni，，Mn）的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

8 彭超;生物質(zhì)活性炭的制備及電化學(xué)電容性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

9 孔德志;核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];信陽師范學(xué)院;2013年

10 田瑩瑩;超級(jí)電容器用氧化錳及其復(fù)合材料的制備[D];湘潭大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：氮摻雜碳微球和碳量子點(diǎn)的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：346007