本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯的構(gòu)造及其光催化應(yīng)用　出處：《揚(yáng)州大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 三維結(jié)構(gòu) 吸附 光催化 光生載流子動力學(xué)

【摘要】：石墨烯(Graphene)是一種單原子層的二維晶體結(jié)構(gòu),由6個(gè)碳原子通過sp2雜化形成的六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)。其原材料豐富、綠色無毒、價(jià)格低廉,其制備工藝相對簡單、成熟、容易產(chǎn)業(yè)化,其二維納米結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體光催化劑易形成異質(zhì)結(jié)構(gòu),并表現(xiàn)出獨(dú)特的光電特性。因石墨烯長程有序的π鍵電子結(jié)構(gòu)使其展現(xiàn)出獨(dú)特的化學(xué)性能、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性能、熱學(xué)性能以及力學(xué)性能,并使得石墨烯在儲氫材料、太陽能光伏電池、鋰電池、超級電容器、光電探測器以及光催化劑等領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用前景。特別是,三維石墨烯宏觀結(jié)構(gòu)兼具二維石墨烯固有特性以及多孔形貌,在光、電等物理性能、吸附催化降解、生物兼容等方面表現(xiàn)出很多特性,比如三維結(jié)構(gòu)高吸附性能、強(qiáng)機(jī)械性能、高導(dǎo)電率、低體傳輸電阻與快電子傳輸性能、大比表面積和可塑性等等。為此,圍繞如何構(gòu)造復(fù)合有半導(dǎo)體光催化劑(如二氧化鈦)的三維石墨烯結(jié)構(gòu),同時(shí)對該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的吸附、光催化應(yīng)用及其光生載流子動力學(xué)過程進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容如下：1.通過控制氧化劑量的配比來氧化鱗片狀石墨從而制備氧化石墨烯,并利用高溫水熱還原氧化石墨烯制成單層或少層石墨烯。通過X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)與透射電子顯微鏡(TEM)分別來分析氧化石墨烯和石墨烯的結(jié)構(gòu)和形貌。采用紅外光譜(FT-IR)和拉曼光譜(Raman)來證實(shí)氧化石墨烯和石墨烯的元素成分以及還原程度。最后通過紫外可見吸收光譜(UV-Vis)和光致發(fā)光光譜(PL)來研究其光學(xué)性質(zhì),為進(jìn)一步探究三維石墨烯與光催化劑的復(fù)合材料奠定基礎(chǔ)。2.通過一步水熱自組裝法,將修飾有Ti02納米顆粒(NPs)的還原氧化石墨烯(RGO)納米片負(fù)載于活性炭纖維(ACF)上,制備成三維(3D)宏觀復(fù)合結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了納米尺寸材料的宏觀化。我們將獲得的ACF-RGO-TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)通過降解有機(jī)染料(即羅丹明B),來概念性驗(yàn)證其實(shí)際效果,研究發(fā)現(xiàn)RGO NSs與TiO2 NPs的引入分別增強(qiáng)了復(fù)合物的吸附性能和光催化能力。而且,通過半導(dǎo)體光催化劑將吸附于材料表面的RhB染料光催化降解,使得ACF-RGO-TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸附性能得以恢復(fù),概念性地提出兩個(gè)實(shí)際價(jià)值：(1)降解染料污染物優(yōu)于簡單地吸附污染物;(2)吸附劑的回收利用優(yōu)于吸附劑的大量消耗。3DACF-RGO-TiO2實(shí)現(xiàn)了協(xié)同功能化效應(yīng),主要是通過水熱復(fù)合,不僅賦予了宏觀結(jié)構(gòu)吸附性能,同時(shí)賦予其光催化性能,最終拓展了復(fù)合結(jié)構(gòu)在環(huán)境凈化方面的應(yīng)用。3.在光伏電池和光電化學(xué)(PEC)電池領(lǐng)域,構(gòu)建高效的光子俘獲與電荷積聚的光電子納米系統(tǒng)是極具潛力的,所以制備出三維(3D)多孔光電極是非常有意義的,具備以下優(yōu)勢：大的活性比表面積、高效的光子俘獲效率、以及快速的電荷分離及遷移率。因此,我們設(shè)計(jì)將還原氧化石墨烯(RGO)與均勻分布的TiO2納米顆粒(NPs)復(fù)合制備成異質(zhì)3D多孔光陽極,同時(shí)此光陽極在0.6 V(相對Ag/AgCl)外加電壓下能產(chǎn)生2.59 mA cm-2的光電流密度,且其無需任何犧牲劑就能獲得0.5%的光裂解水產(chǎn)氫轉(zhuǎn)換效率。與TiO2 NPs基材料相比較,RGO-TiO2復(fù)合光陽極擁有卓越的PEC性能,其主要是由于3D RGO骨架的光陷域效應(yīng)、快的電子遷移、熱電導(dǎo)效應(yīng)、高催化劑負(fù)載以及大量的電解液滲透等激勵(lì)作用。
[Abstract]:Shi Moxi (Graphene) is a two-dimensional crystal structure of a single atomic layer of the hexagonal honeycomb structure formed by 6 carbon atoms by SP2 hybridization. The abundant raw materials, green non-toxic, low price, the preparation process is relatively simple, mature, easy industrialization, the Wiener meters structure and easy to form heterogeneous Semiconductor Photocatalysts the structure, and exhibit unique optoelectronic properties. Graphene for long-range ordered pi bond electronic structure which exhibits unique chemical properties, optical properties, electrical properties, thermal properties and mechanical properties, and the graphene in hydrogen storage materials, solar photovoltaic battery, lithium battery, super capacitor, photoelectric detector as well as the photocatalyst has a unique application. Especially, the macro structure of three-dimensional graphene has the inherent characteristics of two-dimensional graphene and porous morphology, in the light, electricity and other physical properties, adsorption and catalytic degradation, Biological compatibility and so on show a lot of characteristics, such as three-dimensional structure with high adsorption performance, high mechanical performance, high conductivity, low body resistance and fast transmission electron transport properties, large surface area and plasticity and so on. Therefore, on how to construct composite semiconductor photocatalyst (such as TiO2) three-dimensional graphene structure, at the same time the heterostructure of adsorption, and photocarrier dynamics process of photocatalytic application were studied, the contents are as follows: 1. by controlling the oxidation dose ratio to oxidation of flake graphite and graphene oxide was prepared, and the use of high temperature hydrothermal reduction of graphene oxide made of single or few layer graphene. By means of X ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and transmission electron microscopy (TEM) to analyze the structure and morphology of graphene oxide and graphene respectively. By using infrared spectroscopy (FT-IR) and pull Raman spectroscopy (Raman) to confirm the graphene oxide and graphene elements and the degree of reduction. Finally, UV visible absorption spectroscopy (UV-Vis) and photoluminescence spectroscopy (PL) to study the optical properties, lay the foundation for.2. by one step hydrothermal self-assembly method for composite three-dimensional graphene and further explore photocatalyst material, decorated with Ti02 nanoparticles (NPs) reduced graphene oxide (RGO) nano films supported on activated carbon fiber (ACF), prepared into three-dimensional (3D) macro composite structure, the macro nano size materials. The ACF-RGO-TiO2 composite structure we will get through the degradation of organic dye (Luo Danming B), to verify the actual effect of the concept, the study found that adsorption performance and photocatalytic ability of the composite materials were introduced into RGO NSs and TiO2 NPs increased respectively. Moreover, the semiconductor photocatalytic agent will be adsorbed on the surface of the RhB The photocatalytic degradation of dyes, the adsorption properties of ACF-RGO-TiO2 composite structure can be restored, the concept put forward two practical value: (1) better than the degradation of dye pollutants simply adsorption of pollutants; (2) recycling sorbent using large consumption of.3DACF-RGO-TiO2 is better than that of adsorbent to achieve a synergistic functional effect, mainly through hydrothermal synthesis that not only gives the adsorption properties of macro structure, and gives its photocatalytic properties, and eventually expand the composite structure in the application of.3. purification environment in photovoltaic and photoelectrochemical (PEC) field battery, optoelectronic system and efficient photon trapping of charge accumulation is of great potential, so prepare3-d (3D) light porous electrode is very meaningful, has the following advantages: large active surface area, high efficiency of photon capture, and charge separation and migration rate. Due to fast This, we design the reduction of graphene oxide (RGO) and TiO2 nanoparticles were uniformly distributed (NPs) composite were prepared by heterogeneous 3D porous light anode, and the anode at 0.6 V (relative to Ag/AgCl) and photocurrent density can produce 2.59 mA voltage of cm-2, and without any sacrifice agent can get cracking light hydrogen conversion efficiency of 0.5%. Compared with the TiO2 NPs based material, RGO-TiO2 composite anode has excellent PEC performance, which is mainly due to the 3D RGO domain skeleton light trapping effect, fast electron transfer, thermal conductive effect, high catalyst loading and a large amount of electrolyte penetration incentive.

【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;O644.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報(bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日報(bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

8 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號：1382674