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石墨烯—金纳米颗粒复合材料的制备与表征

作　者: 李显昱
导　师: 张凤宝
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 氧化石墨 石墨烯 金纳米颗粒 复合物
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


石墨烯由sp2杂化的碳原子构成,仅有一个原子厚,是一种蜂窝状的二维的片层。具有非常大的比表面积,优良的电学,热学,光学,力学特性,是催化剂的理想载体。近年来,石墨烯的绿色制备方法和石墨烯复合材料的研究已成为新材料研究的热点。本文在环境友好的科研理念下,探讨了一种制备稳定石墨烯悬浮液的方法;提出两种不同的方法将石墨烯与金纳米颗粒复合,并采用HRTEM,AFM,XPS,XRD等表征手段分析了石墨烯及其复合物的成份和形态。本文采用氧化石墨脱氧的方法制备稳定的石墨烯悬浮液。通过提高pH值来取代原有方法中需要引入强还原剂的不利条件,使得该制备方法具有杂质少,环境友好,操作简单等优点。采用液相法,以氯金酸和氧化石墨的悬浮液作为前躯体,在超声作用下,通过简单的加热和调节pH值,使得氧化石墨脱氧和氯金酸分解一步完成。AFM,EDX,HRTEM等表征手段表明该产品含杂质较少,金属颗粒分散均匀,大小均一。该方法具有反应条件简单易控,环境友好,成本低廉等优点,为其工业化生产提供了一条可行的路径。本文还研究了通过真空冻干技术和热处理方法制备石墨烯-金纳米颗粒复合材料的方法。该方法具有诸多优点,如高负载量和高空隙率,使得该复合材料成为催化剂/载体的理想材料。XPS表征表明C/O比明显下降,基本完成了脱氧过程,同时出现新增加的Au的特征峰。并且XRD分析也表明金单体的产生。SEM分析表明金纳米颗粒负载量大,分布均匀。本文的两种制备方法操作简单,可以为类似的石墨烯-金属纳米颗粒复合材料的制备提供借鉴和参考,具有实际意义。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 文献综述  7-22
  1.1 石墨烯简介  7-18
    1.1.1 石墨烯的发现和结构特征  7-10
    1.1.2 石墨烯的制备  10-15
    1.1.3 石墨烯的表征  15-16
    1.1.4 石墨烯的性能和应用  16-18
  1.2 石墨烯材料简介  18-20
    1.2.1 石墨烯复合材料的复合形式  18-19
    1.2.2 石墨烯-金纳米颗粒的应用前景  19
    1.2.3 石墨烯-金纳米颗粒复合材料的制备方法  19-20
    1.2.4 石墨烯-金纳米颗粒复合材料的表征  20
  1.3 选题的目的和意义  20-22
第二章 研究目标和方案设计  22-24
  2.1 石墨烯的制备  22-23
    2.1.1 氧化石墨的制备与纯化  22
    2.1.2 氧化石墨脱氧制备石墨烯  22-23
  2.2 基于液相的石墨烯-金纳米颗粒复合材料的制备  23
  2.3 基于固相的石墨烯-金纳米颗粒复合材料的制备  23
  2.4 石墨烯及其复合材料的表征  23-24
第三章 石墨烯的制备  24-31
  3.1 实验部分  24-26
    3.1.1 实验药品和设备  24-25
    3.1.2 实验步骤  25-26
    3.1.3 实验表征方法  26
  3.2 实验结果与讨论  26-30
    3.2.1 氧化石墨及石墨烯样品的成份分析  26-28
    3.2.2 石墨烯材料的形态观察  28-30
  3.3 本章小结  30-31
第四章 基于液相的石墨烯-金纳米颗粒复合材料的合成与表征  31-41
  4.1 实验部分  31-33
    4.1.1 实验药品和设备  31-32
    4.1.2 实验步骤  32
    4.1.3 实验表征方法  32-33
  4.2 实验结果与讨论  33-39
    4.2.1 实验样品表观观察  33-35
    4.2.2 石墨烯-金纳米颗粒复合物的成份分析  35-37
    4.2.3 石墨烯-金纳米颗粒复合物的形貌观察及颗粒分析  37-39
  4.3 本章小结  39-41
第五章 基于固相的石墨烯-金纳米颗粒复合材料的合成与表征  41-50
  5.1 实验部分  41-43
    5.1.1 实验药品和设备  41-42
    5.1.2 实验步骤  42-43
    5.1.3 实验表征方法  43
  5.2 实验结果与讨论  43-49
    5.2.1 石墨烯-金纳米颗粒复合物成份分析  43-46
    5.2.2 石墨烯-金纳米颗粒复合物的形貌观察  46-49
  5.3 本章小结  49-50
第六章 结论  50-51
参考文献  51-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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