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《宁波大学》 2017年
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基于LDHs的相关复合功能材料的制备及性能研究

刘鹏飞  
【摘要】:功能性复合材料在近段时间成为了化学领域的研究热点。其中,二维纳米双金属氢氧化物(layered doubled hydroxide,LDHs),一类具有独特层状结构特点的超分子材料,因其主层板金属组成及层间距可调等特点,在吸附、催化及能量存储等方面具有优越的应用发展潜力。鉴于LDHs所具有的特殊性质,本文的研究重点主要集中于制备不同LDHs单体材料,并在此基础上设计制备了若干种LDHs的功能性复合材料,并且重点研究了该类型复合材料在气体吸附、超级电容器等方面的应用价值。第一章,主要对LDHs做了一系列系统概括,包括LDHs的基本概念,结构特点,文献中所提及的不同合成方法与应用等等;并且针对海内外的一些最新科研成果做了详细介绍。第二章,对实验中所制备的多种由不同双金属构建而成的LDH单体进行整体总结归纳,如ZnAl LDH,CoAl LDH等,为下一阶段设计和制备LDHs基复合功能材料奠定基础。第三章,利用金属有机框架材料的多孔性,高比表面积及高稳定性等自身结构特点,制备了ZnAl LDH@ZIF-8复合材料。这是首次在未添加任何Zn源的情况下,运用原位生长法,在具有规则六边形形貌的ZnAl LDH纳米片上生长一层ZIF-8纳米晶。通过系统表征可发现,这种具有规则形貌的ZnAl LDH@ZIF-8复合材料是构建成功的。随后将此材料应用于低压常温下的CO2吸附测试,取得了理想的实验结果:在常温,1 bar条件下,ZnAl LDH@ZIF-8复合材料的CO2吸附量为1.0 mmol·g-1,对比发现,ZnAl LDH@ZIF-8复合材料对于CO2的吸附性能明显高于其任何一种单体材料。由此可推测,复合成功之后的单体之间会存在协同作用,致使其性能得以提高。鉴于所合成的Zn Al LDH@ZIF-8复合材料在低压常温下具有理想的CO2吸附性能,就可以尽量避免高温高压条件下的CO2吸附,既可以避免危险,也可以节约资源,从而具有理想的应用前景。第四章,利用过渡金属氧化物(TMO)的高电荷转移率,高稳定性等特点,设计并制备了NiO/NiMn(Fe)LDH纳米层状复合材料,着重研究了该材料的超级电容器性能。该复合材料的制备是通过两步法完成的,首先以泡沫镍为基板制备Ni O薄膜,然后在Ni O薄膜表面原位生长一层LDH膜。通过XRD,SEM及EDS等表征可知,这种具有规则形貌的复合膜材料是制备成功的。在随后的超级电容器性能测试中,所制备的NiO/NiMn(Fe)LDH层状复合材料的电化学性能不仅远高于任何一种单体材料,且高于先前文献所报道的部分基于Ni O所构建的复合材料。除此之外,我们以活性炭为负极,以制备的Ni O/Ni Mn LDH复合膜材料为正极,制备了不对称超级电容器,测试结果表明其性能优良。综上所述,本文致力于设计及合成LDHs基功能性复合材料,并对所制备一系列材料进行系统分析,深入探究了该类材料在吸附与催化及超级电容器等方面的性能表现,有利于推动此类复合材料的发展及扩大材料的应用范围。
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB34

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