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《吉林大学》 2013年
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石墨烯复合纳米材料的合成及其电化学性能研究

赵博  
【摘要】:随着纳米技术的不断发展,结构单一、性质单一的纳米材料已经不能满足科学进步的需要,发展具有更优异性能的复合纳米材料逐渐成为纳米材料的必然发展趋势。复合纳米材料不仅仅具有单一纳米材料所具有的表面效应、体积效应及量子尺寸效应外,还具有复合协同多功能效应。同时也改善了单一粒子的表面性质。能够增大多种组分的接触面积,使其性能更加优异。 石墨烯复合纳米材料在电化学传感,电化学存储,电化学催化等领域中具有非常广泛的应用。而石墨烯复合纳米材料合成与组装的关键部分是连接剂的选择。目前大多数科研工作者都是使用导电高分子材料作为连接剂,通过静电组装的方法来合成得到石墨烯纳米复合材料。本论文主要以发展非导电高分子连接的高导电性石墨烯复合纳米材料为研究内容,并考察所得到的石墨烯复合纳米材料的相关电化学性能。 1.从石墨烯氧化物与硝酸银出发,使用电化学方法直接得到石墨烯/Ag纳米复合薄膜,通过AFM、TEM、SEM、XPS、EDX对产物进行了相关测试,测试结果表明得到了一种三维结构的石墨烯基银纳米粒子复合材料。通过电化学性质的研究发现这种复合纳米材料对过氧化氢具有特殊的电化学响应,可以作为一种过氧化氢电化学传感材料。该材料可以快速、准确的检测水溶液中的过氧化氢浓度,理论最低检测限可以达到1.6μM,并且在以出生牛血清白蛋白为实际样品的模拟实验中也表现出优异的性质。 2.使用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为还原剂还原石墨烯氧化物可以在不使用高分子材料的情况下保持石墨烯的稳定性。同时,使用乙二醇作为还原剂,在碘化钾和聚乙烯吡咯烷酮的共同作用下可以得到一种单晶的铂纳米花状结构;此外还使用溴化钾代替碘化钾制得铂纳米多面体结构。将铂纳米材料结构与DMF还原的石墨烯进行简单的混合就能够得到石墨烯/Pt纳米复合结构。通过系列测试手段对产物的表征表明,石墨烯与Pt纳米花很好的结合在一起。将这种复合纳米材料分别应用于直接甲醇燃料电池的阴、阳极催化剂都表现出优异的催化性能,表明这两种复合材料是很好的电催化剂材料。 3.使用DMF还原的石墨烯与高锰酸钾简单的混合加热就能够得到石墨烯/MnO_2复合纳米材料。通过AFM、TEM、XPS的检测结果表明,石墨烯与MnO_2很好的结合在一起。以NaSO_4为电解质,研究了这种复合材料作为电容器电极材料的电化学存储性能。结果表明这种材料表现出良好的电化学存储性能,可以用作电容器电极材料。
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