本文選題：碳基納米材料　切入點(diǎn)：摻雜　出處：《蘇州大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,全球?qū)τ谀茉吹南囊踩找嬖黾印５?傳統(tǒng)能源絕大多數(shù)是不可再生的,并在使用過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此,人們迫切希望找到能夠替代傳統(tǒng)化石燃料的可再生清潔能源。電化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容是電能和化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換,它能夠?yàn)榻鉀Q能源問(wèn)題提供一些可行的途徑。碳基納米材料因擁有十分優(yōu)異的物理、化學(xué)性質(zhì),在生物傳感器和電化學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在本文中,我們通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)方法合成了三種不同的碳基納米材料,包括具有多孔形態(tài)的三元(氮,磷,硼)共摻雜納米碳材料(NPBC),碳量子點(diǎn)(CQDs)、SnO_2和Co_3O_4的復(fù)合物以及CQDs和MoS_2復(fù)合物,并研究了它們的電催化性質(zhì)及催化機(jī)理。主要工作內(nèi)容如下:(1)通過(guò)調(diào)控初始磷酸和硼酸加入量,采用一步熱解法合成了一系列具有多孔形態(tài)的三元(氮,磷,硼)共摻雜納米碳材料(NPBC),并將它們作為電催化劑用于催化氧還原反應(yīng)(ORR)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)P和B的初始原料摩爾比為3:7時(shí),該催化劑(標(biāo)記為NPBC-2)表現(xiàn)出最佳催化活性。通過(guò)透射電鏡,掃描電鏡和氮?dú)馕矫摳綔y(cè)試證明了該三元摻雜材料具有膜狀多孔結(jié)構(gòu),并且其比表面積達(dá)到89.5 m~2·g~(-1)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:在0.1 M的KOH溶液中,該多元摻雜碳基催化劑(NPBC-2)的ORR催化性能明顯高于單摻雜(NC)和二元摻雜催化劑(NPC或者NBC),體現(xiàn)在較正的初始電位(-0.11V vs SCE),長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性和極好的抗甲醇毒化能力。(2)通過(guò)簡(jiǎn)單水熱法合成了一系列碳量子點(diǎn)(CQDs),二氧化錫(SnO_2)和四氧化三鈷(Co_3O_4)的復(fù)合物,并將它們應(yīng)用于催化水氧化反應(yīng)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:Sn和Co初始摩爾比為1:3的復(fù)合物(記為CQDs/SnO_2-Co_3O_4)表現(xiàn)出了最佳催化活性。在堿性介質(zhì)中,相較于單獨(dú)的Co_3O_4或SnO_2-Co_3O_4催化劑,該CQDs/SnO_2 Co_3O_4催化劑表現(xiàn)出了更負(fù)的起始電位(~0.56 V),大的電流密度和良好的穩(wěn)定性。進(jìn)一步的研究證明:CQDs在催化劑表面上有效地抑制了該復(fù)合物在堿性溶液中的溶解,使其形成了一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出長(zhǎng)時(shí)間的電催化穩(wěn)定性。(3)利用水熱法合成了不同CQDs和Mo質(zhì)量比的CQDs/MoS_2復(fù)合物,并將其作為電催化劑用于催化電化學(xué)析氫反應(yīng)(HER)。其中CQDs/Mo質(zhì)量比為1.13%的CQDs/MoS_2復(fù)合物具有最佳HER催化活性。CQDs/MoS_2在經(jīng)可見(jiàn)光光照處理30分鐘后(記為CQDs/MoS_2-L30),其電催化析氫性能明顯優(yōu)于未經(jīng)光處理的CQDs/MoS_2催化劑。CQDs/MoS_2-L30高效的HER催化活性主要表現(xiàn)在:在0.5 M的H_2SO_4溶液中,具有較小的過(guò)電勢(shì)(當(dāng)電流密度為10mA cm~(-2)時(shí),過(guò)電勢(shì)為~0.125V),大的電流密度,較小的塔菲爾值(45 mV/decade)和長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。綜合紅外光譜和X射線光電子能譜分析,CQDs/MoS_2-L30具有極好HER催化性能主要?dú)w因于高效的電子傳輸效率,S~(4+)數(shù)量的減少及S_2~(2-)和S~(2-)量的增多。
[Abstract]:With the rapid development of economy, the global energy consumption is increasing day by day. However, most of the traditional energy sources are non-renewable and will pollute the environment in the process of use. People are eager to find renewable and clean energy sources that can replace traditional fossil fuels. The main study of electrochemistry is the conversion between electricity and chemical energy. Because of its excellent physical and chemical properties, carbon based nanomaterials have a wide range of applications in biosensors and electrochemistry. We have synthesized three different kinds of carbon based nanomaterials by simple chemical method, including the ternary (nitrogen, phosphorus, boron) co-doped carbon materials with porous morphology, the carbon quantum dots (CQDs), the complexes of Co_3O_4 and SnO2, and the complexes of CQDs and MoS_2. Their electrocatalytic properties and catalytic mechanism are studied. The main work is as follows: (1) A series of porous ternary (nitrogen, phosphorus) have been synthesized by one step pyrolysis by controlling the initial phosphoric acid and boric acid addition. The results show that when the initial molar ratio of P and B is 3:7, they are used as electrocatalysts for catalytic oxygen reduction reaction. The catalyst (labeled NPBC-2) showed the best catalytic activity. The results of transmission electron microscopy, scanning electron microscopy and nitrogen adsorption and desorption test showed that the ternary doped material had a porous membrane structure. The specific surface area is 89.5 m ~ 2 g ~ (-1) 路L ~ (-1). The electrochemical test results show that in 0.1 M KOH solution, the specific surface area is 89.5 m ~ 2 g ~ (-1) ~ (-1). The ORR catalytic performance of the multicomponent doped carbon based catalyst (NPBC-2) is obviously higher than that of mono-doped ORR and binary doped catalyst, which is reflected in the positive initial potential of -0.11V vs SCEN, long time stability and excellent methanol-resistant ability. A series of complexes of carbon quantum dots (CQDsO), tin dioxide (Sno _ 2) and Cobalt _ 2O _ (3) O _ (4) have been synthesized by hydrothermal method. The electrochemical measurements showed that the complexes with the initial molar ratio of 10: Sn and Co at 1:3 (denoted as CQDsS / SnO _ 2-Co3O4) exhibited the best catalytic activity. In alkaline medium, compared with the single Co_3O_4 or SnO_2-Co_3O_4 catalysts, The catalyst exhibited a more negative initial potential of 0.56V ~ (-1), high current density and good stability. Further studies have shown that the solution of the complex in alkaline solution is effectively inhibited by the presence of the CQDs/SnO_2 / CQDs on the surface of the catalyst. A stable structure was formed, showing a long time electrocatalytic stability. (3) CQDs/MoS_2 complexes with different mass ratios of CQDs and Mo were synthesized by hydrothermal method. The CQDs/MoS_2 complex with 1.13% CQDs/Mo has the best HER catalytic activity. CQDs / MoS2 was treated by visible light for 30 minutes (CQDsP MoS2-L30C). The catalytic activity of CQDs/MoS_2 catalyst. CQDsr / MoSs-L30, which is superior to that of untreated HER catalyst, is as follows: in 0.5 M H_2SO_4 solution, the catalytic activity of CQDs / Mos / MOS _ 2-L30 is as follows: 1. The overpotential is 0.125 V ~ (-1) when the current density is 10mA / cm ~ (-2), and the current density is large, and the overpotential is 0.125 V ~ (-1), and the overpotential is 0.125 V ~ (-1). Combined with infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, the excellent catalytic performance of CQDsMoS2-L30 is mainly attributed to the decrease in the number of highly efficient electron transport efficiency and the increase of S2P and S2-2).
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TB383.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 杜仕國(guó),施冬梅,鄧輝;納米材料的特異效應(yīng)及其應(yīng)用[J];自然雜志;2000年02期

2 ;納米材料 新世紀(jì)的黃金材料[J];城市技術(shù)監(jiān)督;2000年10期

3 ;什么是納米材料[J];中國(guó)粉體技術(shù);2000年05期

4 鄒超賢;納米材料的制備及其應(yīng)用[J];廣西化纖通訊;2000年01期

5 吳祖其;納米材料[J];光源與照明;2000年03期

6 ;納米材料的特性與應(yīng)用方向[J];河北陶瓷;2000年04期

7 沈青;納米材料的性能[J];江蘇陶瓷;2000年01期

8 李良訓(xùn);納米材料的特性及應(yīng)用[J];金山油化纖;2000年01期

9 劉冰,任蘭亭;21世紀(jì)材料發(fā)展的方向—納米材料[J];青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年03期

10 劉憶,劉衛(wèi)華,訾樹(shù)燕,王彥芳;納米材料的特殊性能及其應(yīng)用[J];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王少?gòu)?qiáng);邱化玉;;納米材料在造紙領(lǐng)域中的應(yīng)用[A];'2006（第十三屆）全國(guó)造紙化學(xué)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

2 宋云揚(yáng);余濤;李艷軍;;納米材料的毒理學(xué)安全性研究進(jìn)展[A];2010中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第四卷)[C];2010年

3 ;全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2001年

4 鐘家湘;葛雄章;劉景春;;納米材料改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐與建議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2001年

5 高善民;孫樹(shù)聲;;納米材料的應(yīng)用及科研開(kāi)發(fā)[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2001年

6 ;全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（下卷）[C];2001年

7 金一和;孫鵬;張穎花;;納米材料的潛在性危害問(wèn)題[A];中國(guó)毒理學(xué)通訊[C];2001年

8 張一方;呂毓松;任德華;陳永康;;納米材料的二種制備方法及其特征[A];第四屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

9 古宏晨;;納米材料產(chǎn)業(yè)化重大問(wèn)題及共性問(wèn)題[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2003年

10 馬玉寶;任憲福;;納米科技與納米材料[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國(guó)第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 周建人;我國(guó)出臺(tái)首批納米材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[N];中國(guó)建材報(bào);2005年

2 記者 王陽(yáng);上海形成納米材料測(cè)試服務(wù)體系[N];上�？萍紙�(bào);2004年

3 ;納米材料七項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2005年

4 通訊員 韋承金邋記者 馮國(guó)梧;納米材料也可污染環(huán)境[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

5 廖聯(lián)明;納米材料 利弊皆因個(gè)頭小[N];健康報(bào);2009年

6 盧水平;院士建議開(kāi)展納米材料毒性研究[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

7 郭良宏 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員 江桂斌 中國(guó)科學(xué)院院士;納米材料的環(huán)境應(yīng)用與毒性效應(yīng)[N];中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào);2010年

8 記者 任雪梅　莫璇;中科院納米材料產(chǎn)業(yè)園落戶佛山[N];佛山日?qǐng)?bào);2011年

9 實(shí)習(xí)生 高敏;納米材料：小身材涵蓋多領(lǐng)域[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

10 本報(bào)記者 李軍;納米材料加速傳統(tǒng)行業(yè)升級(jí)[N];中國(guó)化工報(bào);2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊楊;功能化稀土納米材料的合成及其生物成像應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 王艷麗;基于氧化鈦和氧化錫納米材料的制備及其在能量存儲(chǔ)中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

3 吳勇權(quán);含銪稀土納米材料的功能化及其生物成像應(yīng)用研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 曹仕秀;二硫化鎢(WS_2)納米材料的水熱合成與光吸收性能研究[D];重慶大學(xué);2015年

5 廖蕾;基于功能納米材料的電化學(xué)催化研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

6 胥明;一維氧化物、硫化物納米材料的制備，，功能化與應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

7 李淑煥;納米材料親疏水性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定與計(jì)算預(yù)測(cè)[D];山東大學(xué);2015年

8 范艷斌;亞細(xì)胞水平靶向的納米材料的設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 丁泓銘;納米粒子與細(xì)胞相互作用的理論模擬研究[D];南京大學(xué);2015年

10 駱凱;基于金和石墨烯納米材料的生物分子化學(xué)發(fā)光新方法及其應(yīng)用[D];西北大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 向蕓頡;卟啉納米材料的制備及其應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2010年

2 劉武;層狀納米材料/聚合物復(fù)合改性瀝青的制備與性能[D];華南理工大學(xué);2015年

3 劉小芳;基于納米材料/聚合膜材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器應(yīng)用于生物小分子多組分的檢測(cè)[D];西南大學(xué);2015年

4 王小萍;基于金納米材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用[D];上海師范大學(xué);2015年

5 郭建華;金納米材料的修飾及其納米生物界面的研究[D];河北大學(xué);2015年

6 魏杰;普魯士藍(lán)納米粒子的光熱毒性研究[D];上海師范大學(xué);2015年

7 張華艷;改性TiO_2納米材料的制備及其光電性能研究[D];河北大學(xué);2015年

8 胡雪連;基于納米材料的新型熒光傳感體系的構(gòu)筑[D];江南大學(xué);2015年

9 黃樊;氧化鈷基催化材料形貌、晶面控制與催化性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

10 周佳林;新型核殼結(jié)構(gòu)金納米材料用于腫瘤的近紅外光熱治療研究[D];浙江大學(xué);2015年

本文編號(hào)：1676538