石墨烯%2f金属纳米粒子复合材料的制备及电催化性能研究.pdf

学校代号:10532
学号:S11111074
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湖南大学硕士学位论文

石墨烯/金属纳米粒子复合材料的制备及
电催化性能研究



学位申请人姓名: 张航
培养单位: 化学化工学院
导师姓名及职称: 刘承斌教授
学科专业: 高分子化学与物理
研究方向: 功能纳米材料
论文提交日期: 2014 年 5 月 8 日
答辩委员会主席: 蒋健晖教授
Preparation of graphene/metal posite and their
performance in electrocatalysis
by
ZHANG HANG
. (Huanggang Normal College) 2011
A thesis submitted in partial satisfaction of the
Requirements for the degree of
Master of Science
in
Macromolecule Chemistry and Physics
in the
Graduate School
Of
Hunan University

Supervisor
Professor Liu Chengbin
June 2014
湖南大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的
研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人
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均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。


作者签名: 日期: 年月日

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作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
I
硕士学位论文
摘要
石墨烯具有十分卓越的物理、化学性质,近年来受到越来越多的关注。由于不
能使用简单易行的方法进行大规模生产,目前大多数石墨烯的研究集中在还原氧
化石墨烯(RGO)上。通过氧化还原法制备的 RGO 在结构和各种性能上均与石
墨烯具有很大的相似之处。RGO 已被广泛应用于能源、环境、微电子等领域,随
着科学研究的深入,RGO 的应用会越来越广泛。
石墨烯具有十分卓越的电子传输速率,在电催化剂领域具有很大应用潜力。
但是由于现有制备 RGO 的过程中,RGO 片层极易发生堆垛,极大的降低了催化
剂表面的催化活性位点。本文利用了一种简单易行且对环境友好的制备方法,可
控制备了不同微观结构的 RGO 复合材料,分析了复合材料结构的形成机理,对
几种制备的材料做了相应的表征,同时也探索了复合材料在相应领域内的应用。
具体工作内容如下:
(1)还原氧化石墨烯/铜(RGO/Cu)复合材料的可控制备与应用研究:在本
工作中我们使用简单的一步电沉积的方法制备了 RGO/Cu 复合材料,并且发现当
乙二胺四乙酸铜(CuEDTA)与氧化石墨烯(GO)浓度比例不断变化时,复合
材料的结构也随着 CuEDTA 的相对含量上升依次呈现层状结构(LRGO/Cu)、
三明治结构(SRGO/Cu)和均相结构(HRGO/Cu)。SRGO/Cu 中纳米片层几
2
乎垂直的结构使其具有最大电化学活性面积(AS= cm )是其余两种结构材料
2 2
的数倍(AL= cm ; AH = cm )。实验分析表明 S-RGO/Cu 具有最大的电
化学活性面积,对肼的催化氧化也具有最大的催化氧化电流,同时具有最低的过
电势。
(2)还原氧化石墨烯/铂-铜(RGO/PtCu)复合材料的制备与应用研究:使
用一步电沉积的方法制备 Pt NPs、RGO/Pt、RGO/PtCu 三种复合材料,三种材料
的微观结构以及组成通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱等来表
征,其中 RGO/PtCu 纳米片层也有一定的直立生长的现象,通过电化学表