【摘要】：過渡金屬納米粒子具有優(yōu)異的物理、化學特性,在能源、催化、環(huán)境、生物醫(yī)學等領域具有廣闊的應用前景,但過渡金屬納米粒子存在易團聚、易氧化等問題。碳納米材料具有良好的電子傳輸能力和化學穩(wěn)定性,可作為載體提高過渡金屬納米粒子的分散性和穩(wěn)定性。因此,可控制備高穩(wěn)定、高活性的過渡金屬碳納米復合材料成為人們研究的熱點。本論文設計合成了一種新型有機分子插層的層狀氫氧化物,以其作為單一前驅體,經過簡單固態(tài)熱解,可控制備了形貌均勻、高分散、高結晶度的一維鎳碳基納米復合材料,并研究了該材料在電解水制氫中的應用。具體研究內容如下:1、以價格低廉的水溶性無機鹽硝酸鎳和水楊酸鈉為原料,在水溶液中自組裝得到水楊酸根插層的層狀氫氧化鎳,以其作為前驅體,在無還原劑、模板劑條件下,經一步固態(tài)熱解可控制備一維Ni@C納米復合材料。研究前驅體組成、固相反應條件對其相貌組成、晶體結構的影響,利用SEM、HRTEM、XRD、Raman、FT-IR、XPS、TG、BET 等工具進行表征。結果表明,一維Ni@C納米復合材料為形貌均勻的納米棒(直徑約50nm,長約2 um),Ni納米粒子尺寸均勻(小于10 nm),高分散、高結晶度,大的比表面積(193.5m2/g),豐富的氧功能基團(-OH等),強界面相互作用(Ni-O-C)等結構特點。研究在不同熱解溫度下制備的一維Ni@C納米復合材料的電催化性能,實驗結果表明高溫(900 ℃)制備的材料電催化活性最高,析氫過電位可低至78 mV(i=10 mA/cm2),穩(wěn)定性優(yōu)異。2、在層板上引入金屬鋅,進一步合成層狀氫氧化鎳鋅前驅體,通過固態(tài)熱解可控制備了一維鎳碳基多元體系納米復合材料。詳細研究焙燒溫度對其組成結構的影響,在700 ℃-800 ℃,可控制備了一維Ni3ZnC0.7/Ni@C納米復合材料。HRTEM及XRD表明,小尺寸、高分散、高結晶度的Ni3ZnC0.7納米粒子(約7nm)和Ni納米粒子(約8nm)均勻鑲嵌在高度石墨化的碳納米棒(直徑約40 nm)基質中。XPS和FTIR表明,碳表面存在大量羥基,使其具有親水性,Ni3ZnC0.7、Ni、C三者之間存在較強的價鍵作用,化學穩(wěn)定性優(yōu)異。升高固相反應溫度,Ni3ZnC0.7不斷被熱解還原為金屬Ni、Zn相,其中,金屬Zn起自模板構筑多孔結構的作用。降低固相反應溫度,出現ZnO相,在500-600 ℃,可控制備得到一維Ni3ZnC0.7/ZnO@C納米復合材料。在電催化性能測試中,一維Ni3ZnC0.7/Ni@C納米復合材料電催化性能優(yōu)異,析氫過電位(i=10 mA/cm2,32mV)和塔菲爾斜率(37mV/dec)均比商業(yè)Pt/C(35mV,80mV/dec)低,并具有極好的穩(wěn)定性(10h測試性能保持98%以上)。同時,以可見光催化MB為探針反應考察該材料的光催化性能,結果表明具有優(yōu)異的光催化活性。綜上所述,本論文成功可控制備了高質量的一維鎳碳基多元體系納米復合材料,具有優(yōu)異的催化性能(高活性、高穩(wěn)定性),并且制備方法簡單、綠色、經濟,在能源、環(huán)境等領域具有重要的應用前景。
【圖文】：

。，要有以下幾個優(yōu)點：反應條件設備經濟，原料易得，制備方法可控易于相沉積法，制備過程為以氣體烴類為碳源、金屬鹽或氧化物為前驅右高溫下反應得到金屬碳化物。這種方法合成出來的產物純度高、顆由于制備過程中以烴類為碳源導致設備要求高，生產過程危險，制備現大規(guī)模應用。（５）水熱法，水熱法又稱之為熱液法，其屬于液相化學指的是在密封壓力容器之中，使用水作為溶劑，控制溫度、壓力等實驗的反應類型，可以將水熱反應分為水熱結晶、水熱水解等。這一制備到的粒子晶型好且純度高、分散性好、易于控制，生產成本便宜。使用到的粉體不需要進行燒結，因此可以燒結引起的粒子長大以及雜質混米復合材料在催化領域中的應用逡逑Ａｒ逡逑

碳＠碳納米復合材料，通過將不同種類的碳納米材料復合在一起，實現性能的提逡逑升。Ｗｅｎ等［３１］通過一步固態(tài)熱解氯化鐵和氨腈的混合物成功制備出Ｎ摻雜的碳納米逡逑管且內部插層著石墨烯材料的碳納米材料，如圖１－１所示，經過性能測試研宄，，發(fā)現逡逑其具有優(yōu)異的電催化性能。Ｋｏｎｇ等［２２］通過對氧化石墨烯進行熱處理，得到的石墨烯逡逑材料，發(fā)現其在催化加氫應用方面具有很優(yōu)異的性能，如圖１－２所示，通過對比氧化逡逑石墨烯，熱處理后的氧化石墨烯，還有經過堿和熱處理的石墨烯，發(fā)現熱處理后的氧逡逑化石墨烯可以有效的將有毒物質對硝基苯酚轉化為對硝基苯胺，通過改變不同的實驗逡逑條件，驗證了羥基、烷氧基這些功能基團的存在，有利于催化性能的提升，而環(huán)氧基逡逑和羧基的存在則降低催化活性。逡逑４逡逑
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36

【參考文獻】

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1 趙新洛;郁黎明;盛雷梅;安康;;碳納米材料的制備及應用[J];上海大學學報(自然科學版);2011年04期

本文編號：2613457