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原子层沉积法制备金属氧化物纳米材料及其性能研究

陈彩营  
【摘要】:原子层沉积(Atomic layer deposition, ALD)是一种先进的薄膜沉积技术,具有薄膜生长厚度在原子级别精确可控、台阶覆盖性极佳、重复性好等优点,因而在纳米材料制备、催化及储能等领域具有广泛的应用前景。本论文利用ALD技术在多孔纳米材料表面沉积了尺寸和组成可控的NiO和VOx纳米颗粒,并分别对其电化学储能和催化性能进行了研究,主要研究工作如下: 1.NiO/多孔石墨烯(NG)复合材料的ALD制备及其超级电容器性能研究 由于氧化镍在理论上有较高的比电容(2573F/g),成本低,使得它成为了很有前途的超级电容器的电极材料,然而它电子导电性低,稳定性差,限制了它的实际应用。为了克服这些限制因素,本论文采用ALD法制备了NiO/NG复合材料,并利用XRD、TEM、XPS以及拉曼光谱等手段对其进行分析,同时也对NiO/NG的超级电容器性能进行了研究。结果表明NiO的晶粒尺寸可以简单地通过调整ALD的沉积次数进行控制,NiO/NG的电化学性能与NiO纳米粒子的尺寸有很大的关系,沉积500循环得到的NiO/NG复合材料性能最优,在电流密度为1A/g时比电容高达1005F/g。 2.原子层沉积制备VOx负载催化剂及其催化乙苯氧化脱氢性能研究 将CO2作为氧化剂引入到乙苯脱氢工艺中,不仅能充分利用CO2资源,而且还能降低反应能耗,是一条绿色化学途径。由于加入了C02,它可以促进乙苯脱氢反应向右进行,从而使得乙苯转化率和苯乙烯收率均得到提高。本论文采用ALD技术,以介孔氧化硅纳米管(SiNT)为载体制备了一系列不同沉积次数及沉积方式的SiNT-SbV催化剂,并研究了其催化乙苯脱氢性能,结果表明,沉积顺序及组成对催化剂活性具有重要影响,在550℃反应温度下,50mg SiNT-Sb5V50催化剂的乙苯转化率达到了31.15%,苯乙烯的选择性98%。同时,催化剂失活现象比较严重,可能是由于反应过程中产生了积碳,还有一部分钒从高价态变为低价态等所致。


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