發(fā)布時(shí)間：2018-05-06 19:17

  本文選題：二維材料 + 石墨烯　； 參考：《清華大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：以石墨烯為代表的二維材料經(jīng)過(guò)十年的研究已經(jīng)取得了全面進(jìn)展,同時(shí)二維材料概念也滲透到各個(gè)領(lǐng)域。目前,以二維材料為基本單元來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)筑納米雜化體系是領(lǐng)域內(nèi)重要的研究方向。發(fā)展基于二維材料的納米雜化體系,一方面可以對(duì)二維材料自身物理和化學(xué)性質(zhì)有更深入的認(rèn)識(shí),另一方面可拓展二維材料和與之復(fù)合的功能材料之應(yīng)用范圍。本論文針對(duì)能源與環(huán)境領(lǐng)域一些重要電化學(xué)過(guò)程所需材料,發(fā)展新合成方法構(gòu)筑基于二維材料的新型納米雜化體系,并充分結(jié)合二維材料特性來(lái)提高雜化體系電化學(xué)性能,具體如下:一、相對(duì)于大尺寸金納米粒子,直徑小于2納米的金納米團(tuán)簇具有較高氧氣催化還原(ORR)活性。但金納米團(tuán)簇的實(shí)際應(yīng)用面臨一些問(wèn)題,例如合成后表面殘留包覆劑降低了ORR活性,在催化過(guò)程中容易溶解和聚集等。針對(duì)上述問(wèn)題,本文發(fā)展了一種通用簡(jiǎn)單的合成方法,制備了還原氧化石墨烯(rGO)負(fù)載金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)納米團(tuán)簇的雜化材料體系,該方法利用rGO自身還原性,無(wú)需外加保護(hù)劑和還原劑。實(shí)驗(yàn)證明,rGO與Au納米團(tuán)簇的雜化體系具有與商業(yè)Pt/C相當(dāng)?shù)腛RR活性,但更優(yōu)越的抗甲醇中毒能力和穩(wěn)定性。二、為獲得高性能電容脫鹽電極材料,本文發(fā)展了一種簡(jiǎn)單通用的方法制備三維石墨烯氣凝膠與氧化物納米粒子復(fù)合體系,氧化物包括氧化鈦(TiO2)、氧化鈰(CeO2)、氧化鐵(α-Fe2O3)和四氧化三錳(Mn3O4)。數(shù)據(jù)表明作為高性能電容脫鹽電極材料,石墨烯氣凝膠負(fù)載TiO2納米粒子體系具有高的電吸附量,快的吸附速率和穩(wěn)定吸脫附循環(huán)性能。對(duì)比試驗(yàn)證明石墨烯氣溶膠的三維貫穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),以及與TiO2納米粒子的結(jié)合極大提高了復(fù)合體系電容脫鹽吸附量和吸脫附速率,為制備高性能電容脫鹽電極材料提供了設(shè)計(jì)思路。此復(fù)合材料體系也有望應(yīng)用在電容熵值發(fā)電等新興能源器件。三、為獲得高性能堿性電化學(xué)產(chǎn)氫催化劑,本文設(shè)計(jì)合成了二維單層氫氧化鎳負(fù)載一維超細(xì)鉑納米線(xiàn)(Pt NWs/SL-Ni(OH)2)的新型復(fù)合體系。研究發(fā)現(xiàn)單層結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳是在其表面生成直徑為1.8 nm超細(xì)鉑納米線(xiàn)的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)證明Pt NWs/SL-Ni(OH)2在堿性條件下具有優(yōu)異的電化學(xué)催化產(chǎn)氫性能。Pt NWs/SL-Ni(OH)2是第一例基于單層氫氧化物構(gòu)筑的雜化體系,這一工作有望拓展基于單層氫氧化物雜化材料相關(guān)研究。
[Abstract]:After ten years of research progress has been made on graphene as the representative of two-dimensional materials, and the concept of two-dimensional materials has also penetrated into various fields. At present, it is an important research direction to design and construct nanohybrid systems based on two-dimensional materials. The development of nano-hybrid system based on two-dimensional materials can not only have a deeper understanding of the physical and chemical properties of two-dimensional materials, but also expand the application of two-dimensional materials and functional materials with them. In this paper, a new synthesis method was developed to construct a novel nano-hybrid system based on two-dimensional materials for some important electrochemical processes in the field of energy and environment, and to improve the electrochemical performance of the hybrid system by fully combining the characteristics of two-dimensional materials. The main results are as follows: firstly, compared with the large size gold nanoparticles, the gold nanoclusters with diameter less than 2 nanometers have higher oxygen catalytic reduction (ORR) activity. However, there are some problems in the practical application of gold nanoclusters, such as the reduction of ORR activity and the easy dissolution and aggregation of residual coating agents after synthesis. In order to solve the above problems, a general and simple synthesis method has been developed in this paper. The hybrid material system of reduced graphene oxide (RGO) supported au / au, Pt / PtT, PD / PD nanoclusters has been prepared. In this method, rGO itself is used to reduce the materials. No additional protectant and reductant are required. The results showed that the hybrid system of RGO and au nanoclusters had the same ORR activity as commercial Pt/C, but had superior ability and stability against methanol poisoning. Secondly, in order to obtain the high performance capacitive desalting electrode material, a simple and universal method was developed to prepare the composite system of three dimensional graphene aerogel and oxide nanoparticles. The oxides include titanium oxide TiO2, cerium oxide CeO2, ferric oxide (偽 -Fe _ 2O _ 3) and manganese trioxide (mn _ 3O _ 4). The results show that the graphene aerogel supported TiO2 nanoparticles have high electrosorption capacity, fast adsorption rate and stable desorption cycle as high performance capacitive desalination electrode materials. The results show that the three-dimensional penetration network structure of graphene aerosol and the combination of graphene aerosol with TiO2 nanoparticles greatly improve the capacitance desalination capacity and desorption rate of the composite system. The design idea is provided for the preparation of high performance capacitor desalting electrode material. The composite system is also expected to be used in new energy devices such as capacitive entropy power generation. Third, in order to obtain high performance alkaline electrochemical hydrogen production catalyst, a novel composite system supported by two-dimensional single layer nickel hydroxide supported one-dimensional ultrafine platinum nanowire Pt NWs / SL-NiOHH2) has been designed and synthesized. It is found that nickel hydroxide with monolayer structure is the key factor for the formation of 1.8 nm ultrafine platinum nanowires on its surface. The results show that Pt NWs/SL-Ni(OH)2 has excellent electrochemical catalytic hydrogen production performance under alkaline condition. Pt NWs/SL-Ni(OH)2 is the first hybrid system based on monolayer hydroxide, which is expected to expand the research on monolayer hydroxide hybrid materials.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 岳美娥;徐潔;侯萬(wàn)國(guó);;苯乙雙胍/類(lèi)水滑石納米雜化物的制備及體外釋藥行為研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2010年24期

2 江梅;劉毅飛;呂長(zhǎng)利;關(guān)成;楊柏;張明遠(yuǎn);任曉珊;;高折射率有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜化透明膜層材料的制備與性質(zhì)研究[J];高分子學(xué)報(bào);2008年06期

3 黃月文;;有機(jī)硅納米雜化改性環(huán)氧膠的研制和應(yīng)用[J];化學(xué)與粘合;2008年02期

4 廖波;張步峰;田苗;姜其斌;;納米雜化聚酰亞胺薄膜制備方法的研究進(jìn)展[J];絕緣材料;2011年05期

5 兀曉文;杜娜;李海平;張人杰;侯萬(wàn)國(guó);;喜樹(shù)堿/氧化石墨烯/類(lèi)水滑石納米雜化物的制備及表征[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2014年08期

6 殷景華,范勇,雷清泉;無(wú)機(jī)納米雜化聚酰亞胺薄膜納米顆粒特性研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年S1期

7 任小龍;;無(wú)機(jī)納米雜化聚酰亞胺薄膜的研究進(jìn)展[J];絕緣材料;2008年04期

8 牛穎;馮可涵;張明艷;;溶劑對(duì)聚酰亞胺/二氧化硅納米雜化薄膜微觀形貌影響[J];絕緣材料;2009年01期

9 黃月文;;納米雜化有機(jī)硅溶膠在金屬防腐中的應(yīng)用[J];電鍍與涂飾;2008年01期

10 張浩;王笛;;溶膠-凝膠法制備有機(jī)/無(wú)機(jī)納米雜化涂料的現(xiàn)狀及展望[J];材料保護(hù);2013年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 侯萬(wàn)國(guó);;有機(jī)-類(lèi)水滑石納米雜化物制備及表征[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第13分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

2 付銅權(quán);袁建軍;彭慧;程時(shí)遠(yuǎn);;有機(jī)-無(wú)機(jī)納米雜化粒子的仿生合成[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)綠色化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

3 魯曉梅;孟麗明;侯萬(wàn)國(guó);;剝離/重組裝法制備布洛芬-類(lèi)水滑石納米雜化物[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第12分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

4 兀曉文;侯萬(wàn)國(guó);;剝離-重組裝法制備脫氧膽酸根插層類(lèi)水滑石納米雜化物[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第12分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

5 殷景華;楊紅軍;李文輝;宋明歆;梅金碩;雷清泉;;納米雜化聚酰亞胺薄膜分形特征研究[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（6）[C];2007年

6 李艷;張以河;付紹云;;二氧化硅含量對(duì)聚酰亞胺/二氧化硅納米雜化薄膜低溫(77K)拉伸性能的影響[A];第六屆全國(guó)低溫與制冷工程大會(huì)會(huì)議論文集[C];2003年

7 蘇志強(qiáng);李景楓;;通過(guò)靜電紡絲方法構(gòu)建功能性納米雜化纖維[A];2013年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題K：先進(jìn)纖維[C];2013年

8 李杰;張國(guó)俊;紀(jì)樹(shù)蘭;高京杰;安慰;;納米雜化聚電解質(zhì)滲透汽化膜研究[A];第四屆中國(guó)膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2010年

9 曾凡林;孫毅;胡恩來(lái);李君;;POSS納米雜化材料力學(xué)性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

10 陳文靜;屈建瑩;王玨;朱莉莉;;細(xì)胞色素C在納米雜化膜修飾玻碳電極上的直接電化學(xué)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第09分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 仇德朋;農(nóng)藥—類(lèi)水滑石納米雜化物的合成及性能研究[D];山東大學(xué);2009年

2 尹華杰;基于二維材料的納米雜化體系構(gòu)筑與相關(guān)電化學(xué)性質(zhì)研究[D];清華大學(xué);2015年

3 耿家青;高分子—氧化鈦納米雜化膜的制備與初步應(yīng)用[D];天津大學(xué);2010年

4 殷景華;納米雜化薄膜微結(jié)構(gòu)分子模擬與表征及電性能[D];哈爾濱理工大學(xué);2006年

5 劉春霞;層狀雙金屬氫氧化物及其藥物插層納米雜化物的制備與性能研究[D];山東大學(xué);2008年

6 聶宏騫;LDHs誘導(dǎo)囊泡形成及（藥物-LDHs）@囊泡復(fù)合體研究[D];山東大學(xué);2011年

7 張明艷;PI/SiO_2納米雜化薄膜的制備及性能研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2006年

8 兀曉文;喜樹(shù)堿插層LDHs納米雜化物的制備、修飾及性能研究[D];山東大學(xué);2014年

9 張丹;反相乳液技術(shù)制備納米雜化粒子及其形態(tài)調(diào)控[D];吉林大學(xué);2006年

10 李守柱;納米雜化二氧化硅的制備及其在水處理中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊大清;Eu(TTAn)鋰皂石納米雜化發(fā)光材料的制備及發(fā)光性質(zhì)[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

2 何紀(jì)卿;表面改性羥基磷灰石納米雜化粒子及復(fù)合材料的制備與表征[D];北京化工大學(xué);2012年

3 李國(guó)英;溫敏性生物友好納米雜化粒子的制備與性能研究[D];青島大學(xué);2009年

4 李德;利用超支化聚合物單分子膠束制備中空納米雜化硅球[D];上海交通大學(xué);2012年

5 王向東;新型金屬—氧化物納米雜化體催化劑的合成及應(yīng)用的基礎(chǔ)研究[D];寧波大學(xué);2013年

6 張維國(guó);高壓力下無(wú)機(jī)納米雜化聚酰亞胺薄膜的熱激電流譜特性[D];哈爾濱理工大學(xué);2004年

7 張營(yíng)堂;聚酰亞胺/無(wú)機(jī)納米雜化耐電暈薄膜研制[D];哈爾濱理工大學(xué);2004年

8 謝華;納米雜化聚酰亞胺薄膜熱激電流的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2005年

9 賈思佳;功能化離子液體—層狀雙金屬氫氧化物納米雜化物的合成及性能研究[D];青島科技大學(xué);2013年

10 王芳;聚酰亞胺納米雜化膜的制備及性能研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2005年

，

本文編號(hào)：1853544