学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

石墨烯纳米复合材料的制备及其界面电化学性质的研究

作　者: 王琦
导　师: 左国防
学　校: 兰州交通大学
专　业: 化学工艺
关键词: 石墨烯 纳米复合材料 修饰电极 电催化 电子传递
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 300次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


在近几年里，石墨烯以其独特的结构和优良的性质，在催化、传感、光电子器件、电极材料等领域显示了广阔的应用前景，已经成为继碳纳米管之后纳米材料的又一个研究热点。本论文以石墨烯为载体，将具有优良光电化学特性的氮杂环化合物卟啉、酞菁及其衍生物作用于石墨烯表面，获得了石墨烯纳米复合材料并对其进行了表征。将制备的复合材料修饰于电极表面，通过电化学方法测试了修饰电极对分子氧与多巴胺（DA）等化合物的界面电化学性质。本研究获得的卟啉类化合物/石墨烯纳米复合材料有望在燃料电池、生物传感等多个领域得到应用。论文的主要内容包括：1、采用改进的Hummers方法成功制备了石墨烯（GR）。基于四苯基卟啉（TPP）与酞菁铜（CuPc）的大环共轭结构，应用溶液共沉淀法将氮杂环化合物与石墨烯通过π-π相互作用制得纳米复合材料。该制备方法过程简单易控。采用SEM、紫外光谱及荧光光谱对制备的石墨烯纳米复合材料进行了表征。结果表明，石墨烯表面存在特征性的褶皱结构，卟啉类化合物与石墨烯结合形成纳米复合材料后，其荧光光谱猝灭及其紫外吸收峰的变化均表明成功制备了纳米复合材料。2、将制备的几种金属卟啉/石墨烯纳米复合材料修饰于玻碳电极表面，采用循环伏安法考察了其对分子氧的催化还原性能。研究表明，在已制备的三种金属卟啉/石墨烯纳米复合材料中，CoTPP/GR对分子氧的催化效果最佳， ZnTPP/GR对分子氧的催化效果较差。且纳米复合材料对O2的电催化性能均高于单一金属卟啉和石墨烯。研究也发现，复合材料的组成与结构、电极表面修饰量、溶液的pH值等均对复合材料的催化性能产生不同程度的影响。通过一系列对比重复实验得到修饰电极对分子氧的电催化优化条件。研究证明该催化反应受扩散控制，在酸性溶液中的电子转移数为2，发生的反应可能为O2+2e-+2H+→H2O2，在碱性条件下发生了一步4电子转移过程，反应可能为O2+4e-+2H2O→4OH-。3、用类似于金属卟啉/石墨烯纳米复合材料的电化学研究方法，将合成的酞菁铜/石墨烯纳米复合材料（CuPc/GR）修饰电极对分子氧的电化学行为进行了研究。由于酞菁与卟啉在结构、性质上的差异，CuPc/GR修饰电极对分子氧的催化还原与CoTPP/GR修饰电极相比也略有差别，但其规律基本一致。CoTPP/GR与CuPc/GR修饰电极在催化过程中的优化条件均为：复合材料的质量比为1:1；复合材料在修饰电极表面的滴涂量为5μL；缓冲溶液为强碱性介质。由此可以推出此类复合材料的催化条件的共性。4、将具有负电性的磺基酞菁铜/石墨烯纳米复合材料（CuTsPc/GR）修饰玻碳电极表面，研究了其对多巴胺（DA）的电化学响应特性。结果表明，具有正电性的DA与CuTsPc/GR存在π-π和静电相互作用，使得修饰电极对DA的催化效率明显提高。当CuTsPc/GR的质量比为1:1，修饰电极滴涂量为5μL，缓冲溶液pH为5.8时，电化学响应最高。研究也发现该修饰电极对DA具有较高的检测选择性和检测灵敏性。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-25
  1.1 石墨烯  10-13
    1.1.1 石墨烯的结构  10-11
    1.1.2 石墨烯的性质  11
    1.1.3 石墨烯的制备  11-13
  1.2 石墨烯的应用  13-15
    1.2.1 纳米电子器件  13
    1.2.2 储能  13-14
    1.2.3 复合材料  14
    1.2.4 传感器  14-15
  1.3 石墨烯纳米复合材料  15-17
    1.3.1 概述  15
    1.3.2 石墨烯纳米复合材料的制备  15
    1.3.3 石墨烯纳米复合材料的应用  15-17
  1.4 卟啉（酞菁）化合物及其石墨烯纳米复合材料的界面电子传递性质  17-23
    1.4.1 卟啉（酞菁）化合物的结构及电化学性质  17-18
    1.4.2 卟啉类化合物/石墨烯纳米复合材料界面电子传递性质研究  18-22
    1.4.3 目前研究存在的主要问题及研究展望  22-23
  1.5 论文研究目的与内容  23-25
    1.5.1 研究选题  23-24
    1.5.2 研究目的  24
    1.5.3 研究内容  24-25
2 实验方法  25-29
  2.1 实验材料及仪器  25-26
    2.1.1 主要原料与试剂  25
    2.1.2 试验主要设备与仪器  25-26
  2.2 实验方法  26-29
    2.2.1 氧化石墨烯与石墨烯的制备  26-27
    2.2.2 金属四苯基卟啉的制备  27
    2.2.3 酞菁铜及其衍生物的制备  27
    2.2.4 石墨烯纳米复合材料的制备  27-29
3 石墨烯纳米复合材料的表征  29-34
  3.1 卟啉类石墨烯纳米复合材料的表征  29-31
    3.1.1 扫描电镜(SEM)  29
    3.1.2 紫外-可见吸收光谱(Uv-vis)  29-30
    3.1.3 荧光光谱(PL)  30-31
  3.2 酞菁类纳米复合材料的表征  31-32
    3.2.1 扫描电镜(SEM)  31
    3.2.2 紫外-可见吸收光谱(Uv-vis)  31-32
    3.2.3 荧光光谱(PL)  32
  3.3 小结  32-34
4 两种石墨烯纳米复合材料修饰电极对 O2电催化还原性质研究  34-43
  4.1 修饰电极的制备  34
    4.1.1 电极的预处理  34
    4.1.2 复合材料修饰电极的制备  34
  4.2 不同修饰电极对 O2电催化还原性质  34-36
  4.3 两种石墨烯纳米复合材料对 O2电催化还原条件的选择  36-40
    4.3.1 CoTPP/GR/Nafion/GCE 对 O2电催化还原条件的选择  36-38
    4.3.2 CuPc/GR/Nafion/GCE 对 O2电催化还原条件的选择  38-40
  4.4 两种石墨烯纳米复合材料对 O2电催化还原过程及电子转移特性研究  40-42
    4.4.1 CoTPP/GR/Nafion/GCE 对 O2电催化还原过程及其电子转移性质研究  40-41
    4.4.2 CuPc/GR/Nafion/GCE 对 O2电催化还原过程及其电子转移性质研究  41-42
  4.5 小结  42-43
5 磺基酞菁铜/石墨烯纳米复合材料(CuTsPc/GR)对多巴胺(DA)电化学性质研究  43-48
  5.1 不同修饰电极对 DA 电催化行为的对比研究  43
  5.2 CuTsPc/GR/Nafion/GCE 对多巴胺电催化优化条件的选择  43-45
  5.3 CuTsPc/GR 复合材料修饰电极对 DA 电化学检测研究  45-46
  5.4 共存物对 DA 电催化的选择性研究  46-47
  5.5 小结  47-48
结论  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-55
攻读硕士学位期间的研究成果  55

相似论文

  1. 石墨烯和石墨烯基四氧化三钴复合物的制备及其电化学性能研究,O613.71
  2. 新型功能化氧化石墨烯药物载体的合成及其性能研究,TQ460.4
  3. 普鲁士蓝复合纳米材料的制备、表征及应用,TB383.1
  4. 电沉积法制备电极及降解苯酚废水性能研究,X703
  5. 盐酸表阿霉素的光谱与电化学研究及其分析应用,TQ465
  6. 氨基酸金属离子复合膜化学修饰传感器检测氨基甲酸酯类农药的研究,S481.8
  7. 石墨烯制备及其缺陷研究,O613.71
  8. 过渡金属/碳催化电极降解酚类污染物的研究,X703
  9. 碳负载碳化钨复合材料的制备及其电化学性能的研究,O614.613
  10. 新型化学修饰电极的制备及应用,O657.1
  11. 自修饰法制备β-TCP/PLLA纳米可降解复合材料的研究,TB332
  12. 增强体/聚丙烯腈复合纳米纤维的制备及性能研究,TB383.1
  13. 铂基复合催化剂的合成及其对甲醇电催化氧化性能的研究,TM911.4
  14. 血红蛋白修饰电极降解三氯乙酸的工艺特性,X703
  15. 有机废水管式电反应器的流动和传质数值模拟,X703
  16. 功能化碳纳米管修饰电极在电化学传感器中的应用研究,O657.1
  17. 多功能Fe3O4/ZnO/SiO2纳米复合材料的制备及性能研究,TB383.1
  18. 低维碳负载金属团簇催化性能的研究,TB383.1
  19. 电催化氧化法降解废水中的对硝基苯酚,X703
  20. 表面修饰石墨烯的制备及其对复合材料力学性能的影响,TB332
  21. 碳纳米材料修饰电极监测EDTA降解研究,TB383.1

中图分类: >
© 2012 www.xueweilunwen.com