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《华南理工大学》 2011年
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新型碳纳米材料在电化学传感和超级电容器中的应用研究

徐彬  
【摘要】:自从碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GR)被发现以来,由于它们优异的物理和化学性质而受到广泛的关注。CNTs和GR都具有良好的导电性、大的比表面积、超强的机械性能、易表面功能化以及理想的多孔结构,从而使它们成为了构筑纳米复合材料、电化学传感器以及纳米器件的理想材料。其中,碳纳米管和金属氧化物相结合所形成碳纳米管复合材料,不仅具有各组分的优异性能,而且还可能具有异质协同作用;而石墨烯和一些金属氧化物相结合形成的复合材料能够充分利用石墨烯的双电层电容和金属氧化物的赝电容,从而使得该超级电容器既具有高的能量密度又具有高的功率密度。此外,利用阵列碳纳米管(VACNTs)修饰电极可以简化电极的制备过程,解决了传统滴涂法制备电极的局限性。本论文以金属氧化物/VACNTs和金属氧化物/GR复合材料为基础,致力于研究和发展新型电化学传感器和超级电容器。本论文的主要研究工作如下: 1.利用化学气相沉积法(CVD)成功制备了阵列碳纳米管(VACNTs)。与玻碳电极相比,利用该材料做成的电极对水杨酸(SA)具有更高的电催化作用,并能够实现对其快速、准确、方便的检测,且表现出良好的稳定性。在+0.55 V的恒电压下,VACNTs电极的灵敏度为59.25μA mmol~(-1) L,检测限可低至0.8×10~(-6) mol L~(-1),线性范围为2.0×10~(-6) ~3.0×10~(-3) mol L~(-1)。当用该电极对实际样品阿司匹林中乙酰水杨酸(ASA)进行检测时,取得了令人满意的结果。此外,对SA在VACNTs电极上的电催化氧化的原理也进行了详细的讨论。 2.采用恒电势电沉积的方法,成功地在垂直阵列的碳纳米管(VACNTs)上负载了MnO_2纳米颗粒,并最终将其制成电极,研究了对过氧化氢(H_2O_2)的电催化氧化作用。与VACNTs电极相比,该MnO_2/VACNTs复合电极对H_2O_2具有更高的电催化活性。在+0.45V的恒电压下,MnO_2/VACNTs电极检测H_2O_2的检测限可低至8.0×10~(-7) mol L~(-1) (signal/noise=3),灵敏度为1.08×10~6μA mol~(-1) L cm~(-2),线性范围为1.2×10~(-6)~1.8×10~(-3) mol L~(-1)。与此同时,常见的有机和无机干扰物质并没有对H_2O_2的检测产生影响。用该电极对实际样品牛奶中H_2O_2的检测,得到了令人满意的结果,因此该复合电极有望成为H_2O_2无酶型传感器的理想材料。此外,对H_2O_2在该复合电极上的电催化氧化的原理也进行了详细的讨论。 3.利用磁控溅射的方法,成功地将WO_3纳米颗粒均匀地沉积在VACNTs上。在该复合材料中,VACNTs不仅起到了支持体的作用,而且像其它金属/金属氧化物pH传感器中的金属一样,起到了导体的作用。利用该纳米复合电极作为新型的固态pH传感器在pH 2到12的溶液中具有良好的线性关系,其灵敏度为41 mV pH~(-1)。尽管此灵敏度低于理论值,但该传感器仍具有许多优点,如:较高的稳定性(超过一个月)、良好的重现性(RSD 1%)、优良的选择性和快速的响应(90 s)。另外,WO_3/VANCTs电极可以用来准确检测真实样品中的pH值,说明了该电极作为新型的固态pH传感器具有很大的应用前景,特别是可以将pH传感器小型化。 4.利用磁控溅射法制备了RuO_2/VACNTs纳米复合材料,并对其结构进行分析表征。利用该纳米复合电极作为新型的固态pH传感器,VACNTs不仅起到了支持体的作用,而且起到了导体的作用。与WO_3/VACNTs pH传感器相比,该传感器具有更高的灵敏度(?55mV/pH)及更快的响应速度(40 s)。此外它还具很好的稳定性(超过一个月)、良好的重现性(RSD 1%)及优良的选择性等优点。用该电极对实际样品pH值的检测,得到了令人满意的结果。此外,利用该复合材料,可以将pH传感器小型化,并且实现细胞内外pH的检测,这些都说明了该电极作为新的固态pH传感器具有很大的应用前景。 5.通过溶胶-凝胶法和低温煅烧法,成功制备了RuO_2/GR复合材料。在复合材料中,水合RuO_2颗粒呈球形,粒径为5-20 nm左右,并均匀地分散在GR表面。将该材料用于超级电容器当中,表现出了良好的电容性质。当RuO_2的含量为38%时,RuO_2在RuO_2/GR复合材料中的比电容为546.6 F g~(-1)。此外,较之RuO_2,RuO_2/GR复合材料还表现出了更快的倍率性能,更出色的电化学稳定性(循环1000圈后大约保持93%)以及更高的能量密度(26.5 Wh kg~(-1))和功率密度(5000W kg~(-1))。该复合材料不仅具备了GR双电层电容的优点,而且还具备了RuO_2赝电容的性质。因此有理由相信该复合材料可以成功的应用在高性能的能量储存系统。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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1 项东;铁基合金与氧化物纳米粒子修饰有序介孔碳电化学性能研究[D];山东大学;2013年
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1 吴坤;聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的改性及其在超级电容器中的应用[D];上海交通大学;2013年
2 柳东生;原位聚合法制备聚硅烷/碳纳米管/PMMA复合材料的研究[D];哈尔滨理工大学;2014年
【参考文献】
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1 翟华嶂,李建保,黄勇;纳米材料和纳米科技的进展、应用及产业化现状[J];材料工程;2001年11期
2 刘长虹,程国安,艾云龙;热化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜[J];南昌大学学报(理科版);2005年01期
3 郑言贞;张密林;陈野;;RuO_2·xH_2O/MWNTs纳米复合物的超级电容特性研究[J];无机化学学报;2007年04期
4 吴孝松;;碳化硅表面的外延Graphene[J];物理;2009年06期
5 李玉宝,解思深,周维亚,王刚,魏秉庆,吴德海;碳纳米管对Fe-P非晶的力学性能和晶化行为影响的研究[J];新型炭材料;2000年03期
6 慈立杰,魏秉庆,梁吉,吴德海;碳纳米管的制备[J];新型碳材料;1998年02期
7 李志杰,梁奇,陈栋梁,瞿美臻,张伯兰,于作龙;碳纳米管和石墨在电化学嵌锂过程中的协同效应[J];应用化学;2001年04期
8 盛雷梅,范守善;金属基底上定向碳纳米管阵列的生长及其场发射性质[J];真空科学与技术学报;2005年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的特性[J];四川有色金属;2002年03期
2 任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹;影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施[J];四川有色金属;2004年04期
3 钱翼清,赵平,王卫华;烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究[J];工程塑料应用;2002年01期
4 王孝军,杨杰,龙盛如;纳米材料及其在工程塑料改性中的应用[J];工程塑料应用;2002年10期
5 刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江;纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究[J];工程塑料应用;2003年03期
6 惠雪梅,张炜,王晓洁;环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年02期
7 安骏,吴海霞,辛寅昌;防高能辐射的树脂/纳米铅复合材料的制备及研究[J];工程塑料应用;2004年12期
8 郑海忠,张坚,鲁世强,徐志锋;选区激光烧结制备PS/Al_2O_3纳米复合材料的研究[J];工程塑料应用;2005年09期
9 安骏;刘吉华;辛寅昌;;树脂纳米铈防辐射复合材料的制备及其性能研究[J];工程塑料应用;2006年08期
10 郭冬勇,赵德国;纳米材料的现行测量技术[J];安徽教育学院学报;2002年06期
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1 乐士儒;栾野梅;安茂忠;;电沉积银纳米膜的光学性质研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 杨黎明;VPW Shim;陈锋;龚明;;用高应变率大应变载荷制备纳米晶铜试件[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
3 王金相;张晓立;王经涛;赵铮;;爆炸加载制备纳米晶铜实验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
4 王金相;周楠;赵铮;王小绪;杭逸夫;;爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
5 李春霞;李立平;酒金婷;王柏华;;纳米粒子的表面改性研究进展[A];第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2002年
6 李星国;;纳米材料研究及其应用[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
7 张永文;陈英;;含纳米ZnO抗紫外整理剂的制备及性能研究[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
8 王敏;;纳米材料在丝绸文物保护上的应用[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
9 王东;路建军;齐宏进;;防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
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1 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
4 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年
5 周红洋;硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征[D];中国科学技术大学;2010年
6 李红娟;LDHs基纳米复合材料的制备及其电容性能研究[D];陕西师范大学;2010年
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8 张贵军;聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
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1 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年
2 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
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4 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年
5 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年
6 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
7 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
8 甘自保;贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征[D];哈尔滨师范大学;2010年
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10 薛江;一维纳米材料的静电纺丝法制备、表征及性能研究[D];长春理工大学;2010年
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1 谢茂浓,傅鹤鉴;聚硅烷(紫外光敏材料)的氧等离子体处理特性[J];半导体学报;1999年06期
2 门吉英;邓小燕;潘君;毕彦平;Zhang Ze;;聚吡咯的制备及其在血管组织工程中的研究[J];北京生物医学工程;2006年04期
3 于凌宇;;高能元件锂离子电容器勃兴新世纪[J];电力电容器与无功补偿;2011年02期
4 顾晓天;袁良正;张茂根;马振旄;张修太;;几种甲基/苯基聚硅烷的光谱性能[J];东南大学学报(自然科学版);2005年06期
5 张云河,李新海,吴显明,许名飞,邓凌峰;合金化提高铂在PEMFC氧还原反应中的催化活性[J];电源技术;2004年08期
6 周博;林谦;陈明;黄世强;;σ-π共轭聚硅烷的光、电、热学性质[J];广东化工;2009年07期
7 高泉涌;酆赵龙;;铝电解电容器工作电解液添加剂及其应用[J];广东化工;2009年12期
8 吉法祥,陈明华,叶明泉;聚硅烷高分子对烯类单体的光敏聚合作用[J];高分子学报;1993年03期
9 吴市;陈来;张峰君;范雪骐;任慕苏;孙晋良;;电化学合成的含双键聚硅烷[J];高分子材料科学与工程;2007年05期
10 钱林;陈来;田玲;吴市;张家宝;任慕苏;孙晋良;;含双键聚硅烷的电化学合成[J];高分子材料科学与工程;2009年09期
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1 杨超;聚吡咯基导电复合材料的制备及其性能研究[D];兰州大学;2011年
2 刘海晶;电化学超级电容器多孔碳电极材料的研究[D];复旦大学;2011年
3 邓萌;导电聚吡咯复合材料的制备及其神经微电极修饰[D];浙江大学;2011年
4 张佳利;化学还原氧化石墨烯及其衍生物的制备、性质和应用研究[D];上海交通大学;2011年
5 王永刚;高比能量电化学电容器的研究[D];复旦大学;2007年
6 李驰麟;基于全固态锂电池的电解质和正极薄膜材料的研究[D];复旦大学;2008年
7 程亮;电化学超级电容器负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究[D];复旦大学;2008年
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1 刘卯成;多孔金属氧化物电极材料的制备及其超级电容性能研究[D];兰州理工大学;2011年
2 魏凯华;量子点光纤激光器计算机数值模拟及预研[D];浙江工业大学;2010年
3 许贺龙;稀土及腐蚀条件对电子铝箔腐蚀行为的影响[D];内蒙古科技大学;2010年
4 王倩;纳米铋酸盐的合成及其作为碱锰电池正极掺杂剂的研究[D];北京化工大学;2011年
5 舒业强;从X射线技术的应用研究近代物理实验改革[D];湖南师范大学;2005年
6 庄凯;超级电容器电极材料的研究[D];西华大学;2006年
7 曹延明;溶胶凝胶模板法在硅基板上制备钛酸钡纳米点阵列[D];浙江大学;2006年
8 王彦鹏;电化学超级电容器复合电极材料的制备与研究[D];西北师范大学;2007年
9 刘小东;染料敏化太阳能电池的对电极研究[D];天津大学;2007年
10 王开飞;五氧化二钒电极材料的制备及其在电化学电容器中的应用[D];天津大学;2007年
【二级参考文献】
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1 张中太,林元华,唐子龙,张俊英;纳米材料及其技术的应用前景[J];材料工程;2000年03期
2 陈新,胡征,王喜章,吴强,陈懿,杨绍光,都有为;微波等离子体辅助化学气相沉积法低温合成定向碳纳米管阵列[J];高等学校化学学报;2001年05期
3 常保和,解思深,李文治,王超英,周维亚,钱露茜,甘路;用电弧放电法大面积地制备离散的碳纳米管[J];中国科学(A辑);1998年02期
4 徐东升,郭国霖,桂琳琳,唐有祺,施祖进,金朝霞,顾振南;以多孔硅为模板制备取向碳纳米管[J];中国科学(B辑 化学);2000年04期
5 王成伟,李梦柯,潘善林,力虎林;用多孔氧化铝模板制备高度取向碳纳米管阵列膜的研究[J];科学通报;2000年05期
6 解思深,潘正伟;超长定向碳纳米管列阵的制备[J];物理;1999年01期
7 王志,巴德纯,刘飞,曹培江,杨天中,顾有松,庞世谨;大面积取向生长碳纳米管的ECR-CVD方法制备与表征[J];真空科学与技术学报;2004年05期
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1 江奇,瞿美臻,张伯兰,于作龙;电化学超级电容器电极材料的研究进展[J];无机材料学报;2002年04期
2 贺福;碳(炭)材料与超级电容器[J];高科技纤维与应用;2005年03期
3 邓梅根,杨邦朝,胡永达;卷绕式活性炭纤维布超级电容器的研究[J];功能材料;2005年08期
4 方勤;杨邦朝;;超级电容器用中孔炭的研究[J];功能材料;2005年12期
5 林志东,刘黎明,张万荣;超级电容器氧化物电极材料研究进展[J];武汉化工学院学报;2005年02期
6 杨红生,周啸,张庆武;以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能[J];物理化学学报;2005年04期
7 周鹏伟;李宝华;康飞宇;曾毓群;;椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发[J];新型炭材料;2006年02期
8 刘国阳;周安宁;;超级电容器炭基电极材料研究进展[J];炭素;2006年04期
9 巢亚军;原鲜霞;马紫峰;;复合材料在超级电容器中的应用研究进展[J];稀有金属材料与工程;2007年06期
10 怀永建;林子吉;胡学步;邓正华;索继栓;;一种软包装超级电容器及其高电压模块[J];合成化学;2007年S1期
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1 赵健伟;倪文彬;王登超;黄忠杰;;超级电容器电极材料的设计、制备及性质研究[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
2 张琦;郑明森;董全峰;田昭武;;基于薄液层反应的新型超级电容器——多孔碳电极材料的影响[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
3 马衍伟;;新型超级电容器石墨烯电极材料的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
4 刘不厌;彭乔;孙玥;;超级电容器二氧化锰电极材料的研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
5 周建新;沈湘黔;;超级电容器电极材料研究进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
6 张丽明;胡耀强;詹亮;凌立成;;活性炭粒度对无极系超级电容器电极性能的影响[A];第20届炭—石墨材料学术会论文集[C];2006年
7 吴雅仙;唐致远;王虹;;金属氧化物超级电容器的研究进展[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
8 程杰;曹高萍;杨裕生;;活性炭/氧化镍干凝胶超级电容器的研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
9 王会勤;李升宪;程翰;钱敦勇;朱刚;王志安;;碳材料和粘结剂对超级电容器性能的影响[A];2006中国动力电池高层论坛论文集[C];2006年
10 周冬兰;高立军;汪涛;张宁;;超级电容器的储能原理及其电极材料的研究进展[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
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1 辽宁工学院 陈永真;超级电容器原理及电特性[N];中国电子报;2003年
2 赵文;超级电容器:正在升起的新兴行业[N];科技日报;2004年
3 本报记者 王伟峰;节能新技术:超级电容器[N];福建科技报;2008年
4 国际电气电子工程师学会高级会员 于凌宇;超级电容器产业化脚步加快 市场前景广阔[N];中国电子报;2008年
5 本报记者王铁一采写;建设全国最大新能源材料(超级电容器)产业基地[N];朝阳日报;2009年
6 特约记者 顾定槐 赵霞;我超级电容器产业化走在世界前列[N];中国化工报;2010年
7 记者 张旭;朝阳杏壳能做超级电容器了[N];辽宁日报;2010年
8 早报记者 钱婵娟;奥威科技:剪掉电车“辫子”[N];东方早报;2010年
9 许柏松;超级电容器专利预警分析[N];中国知识产权报;2011年
10 ;天津力神:打破超级电容器技术垄断[N];中国电子报;2011年
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1 宋金岩;混合型超级电容器的建模与制备研究[D];大连理工大学;2010年
2 王新宇;超级电容器用新型电极材料的研究[D];中南大学;2011年
3 张莉;混合型超级电容器的相关理论和实验研究[D];大连理工大学;2006年
4 李海东;超级电容器模块化技术的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2006年
5 张慧妍;超级电容器直流储能系统分析与控制技术的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2006年
6 殷金玲;凝胶聚合物电解质超级电容器的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
7 孔治国;电动客车用超级电容器组动态均衡技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 孙谊;碳基超级电容器单体性能相关理论与应用技术研究[D];北京交通大学;2013年
9 葛军;超级电容器用明胶基和化学气相沉积碳材料的研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
10 曲群婷;高性能混合型超级电容器的研究[D];复旦大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谭强;超级电容器用碳基电极材料研究[D];黑龙江大学;2009年
2 刘艳英;超级电容器介孔电极材料的合成及性能[D];厦门大学;2008年
3 柴庆冕;超级电容器储能系统充放电控制策略的研究[D];北京交通大学;2010年
4 董楠;聚苯胺基含氮碳超级电容器电极材料[D];黑龙江大学;2010年
5 刘小宝;超级电容器应用及其能量管理技术[D];南京航空航天大学;2009年
6 吴雯;金属氧化物超级电容器的研究[D];复旦大学;2010年
7 蔡建军;有序介孔碳/聚苯胺复合材料的制备及其在超级电容器中的应用[D];兰州理工大学;2010年
8 翟宇;超级电容器成组技术在风力发电系统中的应用[D];北京交通大学;2011年
9 杨贞胜;介孔碳超级电容器电极材料的研究[D];兰州理工大学;2011年
10 季煦;金属氧化物/活性炭非对称超级电容器的组装及影响因素[D];兰州理工大学;2011年
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