本文關(guān)鍵詞：共軛有機材料在氣體檢測和催化氧還原中的應(yīng)用

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【摘要】：環(huán)境污染與能源危機一直是全球關(guān)注的問題,在一定的程度下,二者限制著一個國家的發(fā)展,并且對人們的日常生活產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。氣體傳感器可以檢測低濃度的氣體,尤其是對人類的有害氣體,通過氣體傳感器的檢測結(jié)果,人類可以提前做好預(yù)防和處理,降低有害氣體的危害程度,但是,傳感器的活化層材料直接影響到傳感器的檢測靈敏度,從而影響傳感器的性能,高分子導(dǎo)電材料由于其受環(huán)境影響大,而可以作為傳感器的活性層。低溫燃料電池作為一種新的清潔能源設(shè)備,可以將一些可再生清潔燃料(甲醇、乙醇、氫氣等)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,為人們所用;然而,其大范圍應(yīng)用還存在一些問題,解決這些問題的關(guān)鍵因素之一是尋找一種高效、廉價的催化劑,N、Fe共摻雜碳材料作為低溫燃料電池的催化劑,已經(jīng)得到一定程度的研究,并取得了很好的效果,有望在燃料電池中得到廣泛應(yīng)用。本論文中,我們主要以廉價的共軛高分子聚(3-己基噻吩)(P3HT)和四氰基對醌二甲烷(TCNQ)為原料,分別來制作氣體傳感器的活化層和原料電池的催化劑,性能測試結(jié)果表明,二者在各自的應(yīng)用領(lǐng)域都表現(xiàn)突出,有望在現(xiàn)實中得到應(yīng)用。主要工作包括以下幾個方面:首先,我們利用無定型的導(dǎo)電高聚物P3HT為原料,通過前后熱處理得到含納米線的高分子膜,經(jīng)過四氯金酸摻雜處理后,不僅膜的顏色由棕紅變成藍紫色,而且膜的電導(dǎo)率得到了很大的提高(原始膜的電導(dǎo)率σ=47.2 uS/cm,氯金酸溶液摻雜后膜的電導(dǎo)率σ=71.7 S/cm)。根據(jù)摻雜膜對甲胺和硫醇氣體,不同的顏色和電導(dǎo)率變化,可以檢測出不同的氣體,并與電化學(xué)氧化噻吩膜結(jié)合,制備了一個氣體檢測與辨別的傳感器,來檢測環(huán)境中的有機胺與硫醇氣體,檢測的下限可以達到幾個ppm。其次,首次以TCNQ作為氮源和碳源,以FeCl3作為Fe源和活化劑,控制溫度為700℃~1100℃、質(zhì)量比為1:1~15:1,來制備獲得微量N、Fe共摻雜碳材料。XPS測試表明,所制備材料中,N、Fe的含量比較低,其中當(dāng)混合質(zhì)量比為10:1、活化溫度為1000℃時,所制備材料的鐵的含量十分低(0.25 at.%),氮含量最高(3.92 at.%),.氮、鐵的摩爾含量比最高為15.68。電化學(xué)性能研究表明,與商業(yè)Pt/C相比,混合質(zhì)量比為10:1、活化溫度為1000℃所制備樣品具有優(yōu)異的氧還原催化性質(zhì),它擁有更正的起始電位-0.03V vs.Ag/AgCl,此外,該樣品還表現(xiàn)出比商業(yè)Pt/C更好的穩(wěn)定性,這些為共軛高分子作為原始材料,用作氧還原催化劑提供了參考作用。
【關(guān)鍵詞】：共軛有機材料 納米纖維 氣體傳感器 氧還原反應(yīng) 催化劑
【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】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-35
• 1.1 高分子傳感器12-13
• 1.2 高分子傳感器的結(jié)構(gòu)13
• 1.3 高分子探測效果13-18
• 1.3.1 電介質(zhì)14
• 1.3.2 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料14-15
• 1.3.3 高分子電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)15
• 1.3.4 導(dǎo)電共軛聚合物15-16
• 1.3.5 高分子吸水涂料16
• 1.3.6 分子位點聚合物16-17
• 1.3.7 高分子分離膜17
• 1.3.8 聚合離子選擇性膜17
• 1.3.9 光敏感聚合物17-18
• 1.4 導(dǎo)電高分子膜在氣體檢測中應(yīng)用18-33
• 1.4.1 導(dǎo)電聚合物的制備及導(dǎo)電聚合物膜的合成19-21
• 1.4.2 感應(yīng)原理21-28
• 1.4.3 不同傳感器的裝置的感應(yīng)原理28-33
• 1.5 本論文研究的內(nèi)容和意義33-35
• 第二章 實驗方法35-40
• 2.1 主要儀器35-36
• 2.2 實驗試劑36-37
• 2.3 材料形貌、物相及結(jié)構(gòu)性能表征37-40
• 2.3.1 透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy, TEM）37
• 2.3.2 X-射線衍射 （XRD）37-38
• 2.3.3 X-射線光電子能譜（XPS）38
• 2.3.4 紫外可見光吸收光譜（UV-Vis）38
• 2.3.5 吉時利源表38-39
• 2.3.6 傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）39
• 2.3.7 電化學(xué)氧化與測試39-40
• 第三章 氯金酸摻雜高導(dǎo)聚噻吩膜作為揮發(fā)性硫醇和氨類雙模傳感器40-53
• 3.1 引言40-41
• 3.2 傳感器活性層的制備41-43
• 3.2.1 P3HT納米線、氯金酸摻雜聚噻吩膜和電氧化膜的制備41-42
• 3.2.2 摻雜膜的電導(dǎo)率測量42-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 氮、鐵共摻雜碳材料制備及其在堿性介質(zhì)中氧還原性能的研究53-64
• 4.1 引言53-54
• 4.2 Fe、N共摻雜碳材料氧還原催化劑的制備54-55
• 4.2.1 Fe、N共摻雜碳材料的制備54
• 4.2.2 電化學(xué)測試樣品的制備54-55
• 4.3 結(jié)果與討論55-63
• 4.3.1 鐵、氮共摻雜的碳基材料的表征55-58
• 4.3.2 氧還原電催化活性58-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-65
• 參考文獻65-82
• 攻讀博士/碩士學(xué)位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83-84
• Ⅳ-2答辯委員會對論文的評定意見84

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本文編號：954394