【摘要】：過(guò)渡金屬納米粒子具有優(yōu)異的物理、化學(xué)特性,在能源、催化、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,但過(guò)渡金屬納米粒子存在易團(tuán)聚、易氧化等問(wèn)題。碳納米材料具有良好的電子傳輸能力和化學(xué)穩(wěn)定性,可作為載體提高過(guò)渡金屬納米粒子的分散性和穩(wěn)定性。因此,可控制備高穩(wěn)定、高活性的過(guò)渡金屬碳納米復(fù)合材料成為人們研究的熱點(diǎn)。本論文設(shè)計(jì)合成了一種新型有機(jī)分子插層的層狀氫氧化物,以其作為單一前驅(qū)體,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單固態(tài)熱解,可控制備了形貌均勻、高分散、高結(jié)晶度的一維鎳碳基納米復(fù)合材料,并研究了該材料在電解水制氫中的應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容如下:1、以價(jià)格低廉的水溶性無(wú)機(jī)鹽硝酸鎳和水楊酸鈉為原料,在水溶液中自組裝得到水楊酸根插層的層狀氫氧化鎳,以其作為前驅(qū)體,在無(wú)還原劑、模板劑條件下,經(jīng)一步固態(tài)熱解可控制備一維Ni@C納米復(fù)合材料。研究前驅(qū)體組成、固相反應(yīng)條件對(duì)其相貌組成、晶體結(jié)構(gòu)的影響,利用SEM、HRTEM、XRD、Raman、FT-IR、XPS、TG、BET 等工具進(jìn)行表征。結(jié)果表明,一維Ni@C納米復(fù)合材料為形貌均勻的納米棒(直徑約50nm,長(zhǎng)約2 um),Ni納米粒子尺寸均勻(小于10 nm),高分散、高結(jié)晶度,大的比表面積(193.5m2/g),豐富的氧功能基團(tuán)(-OH等),強(qiáng)界面相互作用(Ni-O-C)等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。研究在不同熱解溫度下制備的一維Ni@C納米復(fù)合材料的電催化性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高溫(900 ℃)制備的材料電催化活性最高,析氫過(guò)電位可低至78 mV(i=10 mA/cm2),穩(wěn)定性優(yōu)異。2、在層板上引入金屬鋅,進(jìn)一步合成層狀氫氧化鎳鋅前驅(qū)體,通過(guò)固態(tài)熱解可控制備了一維鎳碳基多元體系納米復(fù)合材料。詳細(xì)研究焙燒溫度對(duì)其組成結(jié)構(gòu)的影響,在700 ℃-800 ℃,可控制備了一維Ni3ZnC0.7/Ni@C納米復(fù)合材料。HRTEM及XRD表明,小尺寸、高分散、高結(jié)晶度的Ni3ZnC0.7納米粒子(約7nm)和Ni納米粒子(約8nm)均勻鑲嵌在高度石墨化的碳納米棒(直徑約40 nm)基質(zhì)中。XPS和FTIR表明,碳表面存在大量羥基,使其具有親水性,Ni3ZnC0.7、Ni、C三者之間存在較強(qiáng)的價(jià)鍵作用,化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異。升高固相反應(yīng)溫度,Ni3ZnC0.7不斷被熱解還原為金屬Ni、Zn相,其中,金屬Zn起自模板構(gòu)筑多孔結(jié)構(gòu)的作用。降低固相反應(yīng)溫度,出現(xiàn)ZnO相,在500-600 ℃,可控制備得到一維Ni3ZnC0.7/ZnO@C納米復(fù)合材料。在電催化性能測(cè)試中,一維Ni3ZnC0.7/Ni@C納米復(fù)合材料電催化性能優(yōu)異,析氫過(guò)電位(i=10 mA/cm2,32mV)和塔菲爾斜率(37mV/dec)均比商業(yè)Pt/C(35mV,80mV/dec)低,并具有極好的穩(wěn)定性(10h測(cè)試性能保持98%以上)。同時(shí),以可見(jiàn)光催化MB為探針?lè)磻?yīng)考察該材料的光催化性能,結(jié)果表明具有優(yōu)異的光催化活性。綜上所述,本論文成功可控制備了高質(zhì)量的一維鎳碳基多元體系納米復(fù)合材料,具有優(yōu)異的催化性能(高活性、高穩(wěn)定性),并且制備方法簡(jiǎn)單、綠色、經(jīng)濟(jì),在能源、環(huán)境等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
【圖文】：

。，要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件設(shè)備經(jīng)濟(jì)，原料易得，制備方法可控易于相沉積法，制備過(guò)程為以氣體烴類為碳源、金屬鹽或氧化物為前驅(qū)右高溫下反應(yīng)得到金屬碳化物。這種方法合成出來(lái)的產(chǎn)物純度高、顆由于制備過(guò)程中以烴類為碳源導(dǎo)致設(shè)備要求高，生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)，制備現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。（５）水熱法，水熱法又稱之為熱液法，其屬于液相化學(xué)指的是在密封壓力容器之中，使用水作為溶劑，控制溫度、壓力等實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)類型，可以將水熱反應(yīng)分為水熱結(jié)晶、水熱水解等。這一制備到的粒子晶型好且純度高、分散性好、易于控制，生產(chǎn)成本便宜。使用到的粉體不需要進(jìn)行燒結(jié)，因此可以燒結(jié)引起的粒子長(zhǎng)大以及雜質(zhì)混米復(fù)合材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用逡逑Ａｒ逡逑

碳＠碳納米復(fù)合材料，通過(guò)將不同種類的碳納米材料復(fù)合在一起，實(shí)現(xiàn)性能的提逡逑升。Ｗｅｎ等［３１］通過(guò)一步固態(tài)熱解氯化鐵和氨腈的混合物成功制備出Ｎ摻雜的碳納米逡逑管且內(nèi)部插層著石墨烯材料的碳納米材料，如圖１－１所示，經(jīng)過(guò)性能測(cè)試研宄，，發(fā)現(xiàn)逡逑其具有優(yōu)異的電催化性能。Ｋｏｎｇ等［２２］通過(guò)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行熱處理，得到的石墨烯逡逑材料，發(fā)現(xiàn)其在催化加氫應(yīng)用方面具有很優(yōu)異的性能，如圖１－２所示，通過(guò)對(duì)比氧化逡逑石墨烯，熱處理后的氧化石墨烯，還有經(jīng)過(guò)堿和熱處理的石墨烯，發(fā)現(xiàn)熱處理后的氧逡逑化石墨烯可以有效的將有毒物質(zhì)對(duì)硝基苯酚轉(zhuǎn)化為對(duì)硝基苯胺，通過(guò)改變不同的實(shí)驗(yàn)逡逑條件，驗(yàn)證了羥基、烷氧基這些功能基團(tuán)的存在，有利于催化性能的提升，而環(huán)氧基逡逑和羧基的存在則降低催化活性。逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 趙新洛;郁黎明;盛雷梅;安康;;碳納米材料的制備及應(yīng)用[J];上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年04期

本文編號(hào)：2613457