發(fā)布時間：2017-10-06 03:40

  本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯的制備及其電化學(xué)應(yīng)用

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【摘要】：三維石墨烯具有相互連接的多孔結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出較大的比表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性能、較低的質(zhì)量密度和較強的機械性能,三維石墨烯能結(jié)合石墨烯納米片和三維多孔材料的優(yōu)點,在電化學(xué)應(yīng)用中常表現(xiàn)出比石墨烯納米片更好的性能。在碳材料中引入雜原子可以賦予碳材料更加優(yōu)良的電化學(xué)性質(zhì)。開發(fā)可控的、能大量制備雜原子摻雜的三維石墨烯材料的新方法具有重要的意義。雜原子的引入可以明顯增加碳材料的氧還原活性位點,因而可以增強氧還原活性。雜原子摻雜的三維石墨烯能結(jié)合三維石墨烯和雜原子摻雜碳的優(yōu)點,有望成為高活性的氧還原催化劑。在碳材料中引入適當(dāng)?shù)碾s原子可以提高碳材料的表面潤濕性并引入贗電容,從而大幅度提高碳材料的電容性能。雜原子摻雜的三維石墨烯能提供極大的電化學(xué)活性面積,確保電子和電解質(zhì)離子的快速傳輸,有望成為高性能的超級電容器材料。雜原子摻雜的三維石墨烯材料獨特的結(jié)構(gòu)和組成有利于底物和電解質(zhì)離子的傳輸,因而有望成為構(gòu)建高敏電化學(xué)傳感器的新型電極材料。本文立足于雜原子摻雜的三維石墨烯的合成、表征和電化學(xué)應(yīng)用。主要內(nèi)容如下:(1)直接熱處理聚苯胺和硝酸鈷的混合物制備了氮、鈷共摻雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨烯(Co-N-GNWs)。采用掃描電鏡、透射電鏡、X電子衍射、拉曼光譜和X電子能譜等對材料的形貌、結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征,并揭示了三維石墨烯的形成機理。(2)在酸性介質(zhì)中考察了Co-N-GNWs對氧氣電還原的催化性能。結(jié)果表明Co-N-GNWs表現(xiàn)出與Pt/C催化劑相近的氧還原活性和四電子反應(yīng)途徑。此外,Co-N-GNWs還具有比Pt/C催化劑更好的穩(wěn)定性和甲醇耐性。在堿性介質(zhì)中考察了以Co-N-GNWs為活性材料的超級電容器的電化學(xué)性能。結(jié)果表明Co-N-GNWs具有極高的比電容、較高的能量密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。(3)以鎳離子吸附的D-113樹脂為原料,用化學(xué)激活法合成三維活性石墨烯(3D-AGNs),并將3D-AGNs進(jìn)一步酸化處理得到羧基化的三維活性石墨烯(C-3D-AGNs)。以C-3D-AGNs為電極材料構(gòu)建了多巴胺電化學(xué)傳感器,該傳感器具有極高的靈敏度、極低的檢測限和良好的選擇性。
【關(guān)鍵詞】：三維石墨烯 燃料電池 超級電容器 電化學(xué)檢測
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 碳材料的概述10-12
• 1.1.1 多孔碳材料10-11
• 1.1.2 石墨烯11-12
• 1.2 三維石墨烯的制備方法12-13
• 1.2.1 激活法12
• 1.2.2 硬模板法12-13
• 1.2.3 軟模板法13
• 1.3 三維石墨烯的電化學(xué)應(yīng)用13-15
• 1.3.1 燃料電池13-14
• 1.3.2 超級電容器14
• 1.3.3 電化學(xué)傳感器14-15
• 1.4 選題依據(jù)與主要研究工作15-17
• 第二章 鈷氮共摻雜三維石墨烯的制備及表征17-27
• 2.1 引言17-18
• 2.2 實驗部分18-19
• 2.2.1 儀器與試劑18
• 2.2.2 Co-N-GNWs的制備18-19
• 2.3 結(jié)果與討論19-26
• 2.3.1 形貌表征19-20
• 2.3.2 X射線衍射表征20-23
• 2.3.3 拉曼光譜表征23-24
• 2.3.4 氮氣吸脫附表征24
• 2.3.5 XRD和X射線光電子能譜表征24-26
• 2.4 結(jié)論26-27
• 第三章 鈷氮共摻雜三維石墨烯的電化學(xué)應(yīng)用27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 實驗部分28-29
• 3.2.1 儀器與試劑28
• 3.2.2 電化學(xué)表征28-29
• 3.3 結(jié)果與討論29-35
• 3.3.1 Co-N-GNWs催化氧氣還原反應(yīng)29-33
• 3.3.2 超級電容器應(yīng)用33-35
• 3.4 結(jié)論35-37
• 第四章 三維石墨烯對多巴胺的電化學(xué)檢測37-45
• 4.1 引言37-38
• 4.2 實驗部分38-39
• 4.2.1 儀器與試劑38
• 4.2.2 3D-AGNs的制備38
• 4.2.3 C-3D-AGNs的制備38-39
• 4.2.4 電化學(xué)研究39
• 4.3 結(jié)果與討論39-44
• 4.3.1 紅外光譜表征39
• 4.3.2 DA、UA、AA在不同電極上的循環(huán)伏安行為39-41
• 4.3.3 掃速的影響41-42
• 4.3.4 差分脈沖溶出伏安法檢測DA42-44
• 4.4 結(jié)論44-45
• 結(jié)語45-46
• 參考文獻(xiàn)46-59
• 碩士期間發(fā)表的論文59-60
• 致謝60

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本文編號：980518