碳材料具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)、極大的比表面積和良好的導電性,可應用于能源、催化和傳感等不同領(lǐng)域。在碳材料中摻雜雜原子不僅可以改善碳材料的表面潤濕性,還能引入贗電容,從而提高碳材料的電容性能。此外,在碳材料中摻雜雜原子還能引入新的活性位點,因而,摻雜型碳材料在催化和傳感等領(lǐng)域具有良好的應用前景。制備新型的摻雜型碳材料并開展其應用研究具有重要的意義。本論文通過在碳材料中引入氮、硫、金屬等雜原子,制備了幾種新型的摻雜型碳材料,并研究了其在超級電容器、電化學析氫和生物傳感應用中的性能。主要內(nèi)容如下:(1)將吸附鈷離子的磺酸離子交換樹脂碳化并同時化學活化制得了硫摻雜多孔碳納米片(S-PCNS)。所制備的S-PCNS具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),石墨化程度高,C/O原子比高達22.9:1,硫含量高達9.6 wt%,比表面積高達2005 m~2 g~(-1)。以S-PCNS為電極材料的超級電容器在6.0 M KOH水溶液電解質(zhì)中具有極高的比電容(0.5 A g~(-1)下的比電容為312 F g~(-1))、優(yōu)異的倍率性能(50 A g~(-1)仍能保持78%的電容)、極高能量密度(0.5 A g~(-1)下能量密度為11.0 Wh kg~(-1))和良好的循環(huán)穩(wěn)定性(2 A g~(-1)下循環(huán)1萬次仍保持其初始電容的97%)。(2)以聚鄰苯二胺為碳源,硝酸鎳為石墨化催化劑前驅(qū)體,制備了氮摻雜的三維石墨烯材料(3DNGN)。3DNGN具有相互貫通的多孔結(jié)構(gòu)和極高的含氮量,有利于離子的快速傳輸和電子的快速轉(zhuǎn)移,能確保3DNGN具有良好的電容性質(zhì)。在KOH水溶液中,3DNGN在1 Ag~(-1)下的比電容高達312 Fg~(-1)的,并具有良好倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。以3DNGN為電極材料的超級電容器的平均能量密度高達10.8 Wh kg~(-1),最大功率密度為595 kW kg~(-1)。此外,由于3DNGN在H_2SO_4溶液中具有很大的贗電容,使得3DNGN在1 Ag~(-1)下的比電容高達345 Fg~(-1)。(3)通過熱處理富含氮和硫的聚間氨基苯磺酸和硝酸鈷,再進行酸刻,制得了Co、N和S共摻雜的碳(CoNS-C)。在0.5 M H_2SO_4水溶液中,以CoNS-C為析氫反應(HER)催化劑,10 mA cm~(-2)的電流密度下的過電位僅為180 mV。除了極高的電催化活性外,CoNS-C還顯示出良好的持久性。我們也證實了Co-N_x和Co-S_x配合物是HER的催化活性中心。該工作為設計高性能HER催化劑提供了新的思路。(4)通過熱解聚苯胺和硝酸鎳粉末,再進行酸刻,制備了三維類石墨烯碳框架材料(3DGLCFs)。所制備的3DGLCFs具有類石墨烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),高比表面積和高氮摻雜量,這些特征使得3DGLCFs具有電化學活性表面積大、電子轉(zhuǎn)移快等優(yōu)點,且分析物能快速傳輸?shù)诫姌O表面�？箟难�(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)在3DGLCFs修飾GCE上的氧化電流遠高于商業(yè)石墨烯修飾的GCE。AA和DA的氧化峰電位差為0.23 V,DA和UA的氧化峰電位差為0.13 V,AA和UA的氧化峰電位差為0.36 V。利用差分脈沖伏安法同時檢測了AA,DA和UA,AA的線性范圍為12.5-400μM,DA的線性范圍為0.05-10μM,UA的線性范圍為0.05-15μM。AA、DA和UA的檢出限(S/N=3)分別為2、0.01和0.01μM。3DGLCFs/GCE也被成功用于檢測人血清中的AA,DA和UA。(5)合成了釕離子絡合的氮化碳(Ru-C_3N_4)并發(fā)現(xiàn)其具有類過氧化物酶活性。Ru-C_3N_4能在H_2O_2存在下催化鄰苯二胺轉(zhuǎn)化為具有熒光性質(zhì)的2,3-二氨基吩嗪。由于熒光內(nèi)濾效應,所產(chǎn)生的2,3-二氨基吩嗪能使Ru-C_3N_4熒光猝滅。這些獨特的特性可用于構(gòu)建有效的比率熒光平臺用于檢測H_2O_2和葡萄糖,檢出限分別為50 nM和0.1mM。該方法可成功用于檢測人血清中的葡萄糖。該工作為在沒有辣根過氧化物酶(HRP)存在下檢測H_2O_2及能反應生成H_2O_2的代謝物提供了一種新的比率熒光平臺。
【學位單位】：湖南師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ127.11;TP212.3
【部分圖文】：

Fig.2-1. SEM (a, b) and TEM (c, d) images of S-PCNS. 2-1a-b 為 S-PCNS 的 SEM 圖，其清晰地表明 S-PCNS 由微米級的納米片組成，且納米片組裝成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。S-PCNS 的這種多

圖.川ine即ergyleVBirMi朋energy/eV

he effects of Ru-C3N4concentration (a), OPD concentration (b), soe (d) on the ratiometric fluorescence response for the detection of 1 mc 為以優(yōu)化的實驗條件下，在 370 nm 激發(fā)波長下，記錄了為比率熒光探針檢測不同濃度 H2O2下的比率傳感系統(tǒng)的熒，隨著 H2O2濃度的增加， Ru-C3N4在 455 nm 處的熒光峰AP 在 565 nm 處的熒光峰值逐漸增加增強。圖 6-8d 顯示了
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 牟世輝;魏海石;;摻雜型聚苯胺導電涂料的研究[J];電鍍與精飾;2010年03期

2 余鳳斌;陳瑩;;摻雜型導電涂料研究進展及其發(fā)展趨勢[J];上海涂料;2013年02期

3 周雙喜;黃水梅;鄧文武;徐青;汪衛(wèi)東;;摻雜型電磁屏蔽導電涂料研究進展[J];硅酸鹽通報;2012年03期

4 丁桂英;姜文龍;汪津;常喜;王靜;王立忠;王廣德;;高效率非摻雜型白色有機電致發(fā)光器件[J];光電子.激光;2008年08期

5 聶海,張波,唐先忠,李元勛;摻雜型異質(zhì)結(jié)有機電致發(fā)光二極管及其穩(wěn)定性[J];光電子·激光;2005年09期

6 李險峰;刁貴強;楊晴;;水熱合成鈰摻雜型錳氧化物的結(jié)構(gòu)及其影響因素分析[J];武漢科技大學學報;2016年04期

7 周建武;;雙金屬摻雜型二氧化鈦催化降解甲基橙水溶液動力學研究[J];浙江化工;2007年11期

8 周建武;;雙金屬摻雜型二氧化鈦催化降解甲基橙水溶液動力學研究[J];精細石油化工進展;2007年09期

9 李國防;凌翠霞;丁秀云;;陰離子摻雜型Ag/TiO_2的制備及其光催化性能研究[J];商丘師范學院學報;2013年03期

10 徐志凌,劉麗英,劉秀,侯占佳,徐雷,王文澄,葉明新;摻雜型極化聚合物薄膜電光特性及弛豫過程研究[J];中國激光;2000年08期

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 鄧文芳;幾種摻雜型碳材料的制備及電化學性質(zhì)和生物傳感應用研究[D];湖南師范大學;2019年

2 曲丹;摻雜型石墨烯量子點的制備及其應用研究[D];中國科學院長春光學精密機械與物理研究所;2017年

3 韓莉坤;新型有機二階非線性光學材料的設計制備與性能研究[D];電子科技大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 馬林楠;基于近紅外發(fā)光銥配合物的摻雜型與鍵合型聚合物發(fā)光二極管器件的應用[D];西北大學;2019年

2 武彤;基于超分子前驅(qū)體設計的摻雜型碳材料制備及其電化學性能研究[D];廈門大學;2018年

3 高蕊;摻雜型鎢酸鉍的制備表征及降解染料廢水研究[D];西安工業(yè)大學;2018年

4 劉貴仙;摻雜型石墨相氮化碳材料的制備及其光催化性能的研究[D];南京航空航天大學;2018年

5 吳一遙;摻雜型SnO_2憶阻器的制備與研究[D];華中科技大學;2017年

6 朱繼承;摻雜型微結(jié)構(gòu)光擴散膜的研究[D];蘇州大學;2017年

7 石艷偉;非摻雜型白色有機電致發(fā)光器件的研究[D];吉林大學;2007年

8 張萍;N摻雜型TiC_x形核劑的研制及其對鋁合金相關(guān)性能的影響[D];山東大學;2014年

9 李世平;摻雜型氧化鋅薄膜的制備、表征及其性能研究[D];暨南大學;2006年

10 孟玉林;一維摻雜型碳納米材料的設計制備及其儲鈉性能研究[D];南京師范大學;2017年

本文編號：2889665