石墨烯无机纳米复合材料制备、结构及性能调控论文.pdf

Preparation,Characterization and Performance Controlling ofGraphene Base anic posites HeGuangyu Supervised Xin Xiaoqiang Haiqun N删ing University ofScience&Technology April,2013 声明户日明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名:5互兰鲞如B年年月沁日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文, 按保密的有关规定和程序处理。研究生签名:鱼卫三生如B年妒月b日博士论文石墨烯无机纳米复合材料的制备、结构及性能调控摘要石墨烯是近年来发现的碳基新材料,除了拥有大比表面积、高化学稳定性、较好吸附能力等诸多性能外,还具有更为优异的电学性质和规整的平面二维结构,这使其可以作为一个理想的载体担载各类无机化合物,非常适合于开发大规模、高性能石墨烯基纳米复合材料,是石墨烯迈向实际应用的一个重要方向。本文以制备高性能、低成本的石墨烯纳米复合材料为主要目的,采用不同的制备方法制备了多种无机化合物与石墨烯的复合材料,研究了复合物的形成机理和工艺影响因素,探索了复合物微观结构与其性能之间的关系,为深入探索石墨烯功能材料的形成机理以及构筑性能新颖的石墨烯碳纳米材料奠定基础。具体内容如下: (1)以天然石墨为原料制备了氧化石墨,通过控制水合肼用量得到了不同还原程度的稳定的石墨烯水分散液,并通过石墨烯片层自组装制备出高度有序的石墨烯薄膜。,揭示了石墨烯还原程度与石墨烯薄膜性质的关系。石墨烯薄膜经高温热处理后,随着还原程度提高,‘·cm~。薄膜拉伸强度随着还原程度提高而提高, 杨氏模量与还原程度无关,当N2H4:GO(质量比)=,拉伸强度达到最大, MPa,此时杨氏模量亦达到最大, GPa。uV.Ⅵs可以简便有效的监测和控制氧化石墨烯的还原程度,使大规模制备性能可控的石墨烯薄膜材料成为可能。(2)采用均匀沉淀法制备纳米ZnO粉体,再用Bi203对其进行掺杂改性,。以亚甲基蓝为目标污染物,对纳米 ZnO、、ZnO—Bi203/石墨烯的光催化性能进行比较。,2h对亚甲基蓝的降解率在 95%以上,石墨烯作为电子受体,光激发后的电子转移到石墨烯上,从而降低了光生电子与空穴的复合率,提高了光催化活性,该复合材料对酸性蓝、酸性黄、活性红等工业染料也有很好的光催化活性,同时具有较好的稳定性。(3)采用共沉淀法制得了对H202有极好活化能力的磁性四氧化三铁石墨烯复合材料,复合材料在H202体系中对酸性红RS的催化降解性能研究表明,由于Fe304/石墨烯可催化H202分解成活性很高的·OH,即使在碱性条件下对酸性红RS的降解率仍达到80 %以上,在模拟太阳光照射条件下对阳离子染料亚甲基蓝的降解率高达99%,并且催化剂性能稳定,循环使用十次对染料的降解率仍可达到95%以上;同时,Fe304/石墨烯复合材料在水合肼还原硝基化合物方面具有很高的催化活性,%的FesOd石墨烯催化剂,,反应18min,%,且催化剂具有用量少、活性高、易回收和稳定性好等优点。摘要博士论文(4)通过水热法制备了三种钴基石墨烯复合材料并对其电化学性能进行了研究。制得的粒状C0304/石墨烯复合材料比电容高达562 ~,·g。1的电流密度下,%:在此基础上用Ni对复合材料进行了掺杂改性, 制得的线状NiC0204/石墨烯复合材料表现出高的比电容量(1A·g。1时为737F-g。)和优异的循环稳定性(4000圈后~83%);本文同时研究了石墨烯结构缺陷对复合材料性能的影响,通过将硝酸钴与超声制得的石墨烯分散液在水热条件下一步反应制得C0304/石墨