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石墨烯的电化学方法制备及其对重金属离子的吸附研究

作　者: 李宏伟
导　师: 罗芳
学　校: 东北师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 电化学剥落石墨烯四氟硼酸钠分散性碳材料吸附镉铅
分类号: O613.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

石墨烯是材料科学和凝聚态物理学领域迅速崛起的一颗新星。因为它独特的物理、化学和力学性质,石墨烯在纳米电子器件、催化剂、电池、电容器、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景。本论文通过电解四氟硼酸钠水溶液的方法从石墨棒上剥落出大量的石墨烯。我们通过SEM、TEM、XRD、XPS和AFM等手段对制备的石墨烯进行了表征。通过这种方法制备的石墨烯不但能很好的分散在水中,也能分散在很多种有机溶剂中,并且不需要任何稳定剂和分散剂,电导率最大可以达到1428.57 S/m。论文也讨论了电化学方法制备石墨烯的反应机理。我们研究了获得的石墨烯对重金属离子铅、镉的吸附性能,考察了溶液的酸度值(最佳pH值)、接触时间(反应动力学)、金属离子初始浓度(最大吸附量)对吸附平衡的影响。通过这些实验,可以获得石墨烯吸附铅离子和镉离子的最佳吸附条件。采用超声辅助吸附的方法,石墨烯对Pb(Ⅱ)的最大吸附量可达到621 mg/g (pH=5.5);对Cd(Ⅱ)的最大吸附量可达到134.4 mg/g (pH=6.2),这远远好于传统振荡的方法得出的结果。另外,我们用高纯石墨棒做电极,通过电解硫酸水溶液和磷酸水溶液的方法,分别制备了两种碳材料CS和CP,并研究了这两种碳材料对重金属Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)离子的吸附性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-19
  1.1 石墨烯的发现  8-9
  1.2 石墨烯的结构  9-10
  1.3 石墨烯的性质  10-11
    1.3.1 力学性质  10
    1.3.2 电学性质  10
    1.3.3 光学性能  10
    1.3.4 吸附性能  10-11
  1.4 石墨烯的经典合成方法  11-15
    1.4.1 机械剥离法  11-12
    1.4.2 化学气相沉积法  12
    1.4.3 外延生长法  12-13
    1.4.4 还原氧化石墨法  13
    1.4.5 剪裁碳纳米管法  13-14
    1.4.6 液相超声法  14
    1.4.7 “印章法”  14
    1.4.8 电化学法  14-15
  1.5 石墨烯的应用  15-16
    1.5.1 石墨烯在场效应晶体管方面的应用  15
    1.5.2 石墨烯在太阳能电池方面的应用  15-16
    1.5.3 石墨烯在超级电容器上的应用  16
    1.5.4 石墨烯在生物领域的应用  16
  1.6 石墨烯的分散性  16-17
    1.6.1 通过共价键修饰增强石墨烯的分散性  17
    1.6.2 通过非共价键改性增强石墨烯的分散性  17
  1.7 立题依据以及主要工作  17-19
第二章四氟硼酸钠辅助从石墨一步电化学合成功能化石墨片的研究  19-31
  2.1 前言  19
  2.2 石墨烯的制备  19-21
    2.2.1 主要试剂和主要仪器  19-20
    2.2.2 实验方法  20-21
    2.2.3 测试表征  21
  2.3 结果表征与分析  21-30
    2.3.1 石墨烯的SEM表征  21-22
    2.3.2 石墨烯的TEM表征  22
    2.3.3 石墨烯的AFM表征  22-23
    2.3.4 石墨烯的XRD表征  23-24
    2.3.5 石墨烯的XPS表征  24-25
    2.3.6 石墨烯的分散性实验  25-27
    2.3.7 电压和电解液浓度对电化学法制备GNS~(~(BF4)) 的影响  27-29
    2.3.8 电化学方法制备石墨烯的机理  29-30
  2.4 结论  30-31
第三章石墨烯GNS~(~(BF4))对重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)离子的吸附研究  31-38
  3.1 导言  31
  3.2 主要试剂和主要仪器  31-32
  3.3 实验方法  32-33
    3.3.1 试剂的配制  32
    3.3.2 重金属离子Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附实验，滴定方法及原理  32-33
  3.4 结果和讨论  33-37
    3.4.1 溶液酸度对吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响(选择最佳pH值)  33-34
    3.4.2 接触时间对吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响(吸附动力学研究)  34-35
    3.4.3 重金属Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)离子浓度对吸附量的影响(最大吸附量实验)  35-37
  3.5 结论  37-38
第四章两种碳材料对重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)离子的吸附研究  38-43
  4.1 导言  38
  4.2 主要试剂和主要仪器  38
  4.3 实验方法  38-39
    4.3.1 两种碳材料的制备  38
    4.3.2 重金属离子Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附实验，滴定方法及原理  38-39
  4.4 结果和讨论  39-42
    4.4.1 溶液酸度对吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响(选择最佳pH值)  39-40
    4.4.2 吸附时间对吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的影响(吸附动力学研究)  40-41
    4.4.3 重金属Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)离子浓度对吸附量的影响(最大吸附量实验)  41-42
  4.5 结论  42-43
参考文献  43-50
致谢  50-51
在学校期间公开发表论文及著作情况  51

石墨烯的电化学方法制备及其对重金属离子的吸附研究

内容摘要

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