新型碳质纳米材料的功能化及其在吸波、直接甲醇燃料电池中的应用、分析研究

摘要

本博士学位论文在前人相关研究的基础上，采用化学镀和液相还原法，制备了镍1-x-钴x-磷/多壁碳纳米管(Ni1-xCoxP/MWNTs)、镍-钴-磷/碳化硅(Ni-Co-P/SiC)、镍/化学转化石墨烯(Ni/CCG)、铂/化学转化石墨烯(Pt/CCG)、铂/多壁碳纳米管(Pt/MWNTs)五种新型纳米材料；用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)研究了这些材料的形貌特征；用X射线粉末衍射仪(XRD)、X光电子能谱仪(XPS)、X射线能谱仪(EDX)分析了这些材料的晶格结构和元素组成；用振动样品磁强计(VSM)、矢量网络分析仪分析了Ni1-xCoxP/MWNTs、Ni-Co-P/SiC和Ni/CCG的磁学、吸波性质；用电化学方法研究了Pt/CCG、Pt/MWNTs作为直接甲醇燃料电池催化剂的催化性能。研究内容主要包括：
　　 1.将多壁碳纳米管用浓硝酸煮沸处理、SnCl2、PdCl2溶液敏化活化之后，在自配的化学镀Ni-Co溶液(Ni∶Co=1∶3、1∶1、3∶1)中施镀，得到Ni1-xCoxP/MWNTs复合材料(x=0.75，0.50，0.25，Ni1-xCoxP的粒径分布在8-18nm)。XRD数据显示，与MWNTs复合的Ni1-xCoxP纳米粒子在经过热处理之后具有晶格结构，以不规则的点状结构分散在MWNTs的外壁上。样品的磁学性能测量结果指出，所制备材料的矫顽力和磁化强度都随着Ni含量的增加而降低。在频率2-18GHz范围内，Ni1-xCoxP/MWNTs-石蜡的混合物的复介电常数值随着Ni含量的增加而降低；复数磁导率只有微小的增加。随着Ni含量的降低，所制备材料的电磁波反射损失最高峰向低频区域移动，并且当x=0.75且匹配厚度为2.5mm时，在7.75GHz处出现最大的反射损失-26.84dB。
　　 2.使用两步活化法的化学镀技术，将Pd活化后的SiC放入自配的Ni-Co溶液中施镀得到Ni-Co-P/SiC复合材料。形貌和结构分析证明Ni-Co-P的颗粒均匀性好，并且在热处理之后由α-Co和Ni3P组成。磁学性质分析和微波吸收测试结果表明，Ni-Co-P/SiC的饱和磁化强度以及矫顽力都比较低，具有较高的介电常数值，磁损耗对材料的微波吸收性能也有一定的贡献。电磁波反射损失测量结果显示，当起始溶液中Ni-Co的原子比例为1.5时，最大的反射损失值是-32dB，此时的匹配厚度为2.5mm、频率为6.30GHz。
　　 3.使用水合肼还原法，用NiSO4、氧化石墨(Graphite Oxide，GO)分别作为Ni和碳质载体的来源，制备了Ni/CCG复合材料。磁学性质分析结果表明，所制备的Ni/CCG呈现出铁磁性质，有望在吸波材料，磁记录领域等方面得到应用。
　　 4.将石墨粉氧化成GO，再将其在氯铂酸-乙二醇-水溶液体系中还原，得到Pt/CCG复合材料；用相似的方法对MWCNT进行处理，得到Pt/MWCNT复合材料。然后对比这两种材料作为直接甲醇燃料电池催化剂的催化性能，证明Pt/CCG和Pt/MWCNT的电化学活性表面积分别是36.27m2/g和33.43m2/g。Pt/CCG具有更强的CO中毒忍耐力，显示出增强的电催化氧化甲醇的活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 综述

1.1 碳纳米管

1.1.1碳纳米管的结构与性质

1.1.2碳纳米管的纯化及负载复合物的制备方法

1.1.3碳纳米管的应用

1.2 石墨烯

1.2.1石墨烯的基本性质

1.2.2石墨烯制备方法

1.2.3石墨烯的应用

1.3 碳化硅

1.3.1碳化硅的结构与性质

1.3.2碳化硅的应用

1.4吸波材料

1.5直接甲醇燃料电池

1.6论文选题依据

参考文献

第二章 磁性Ni1-xCoxP/MWNTs吸波材料的可控合成、分析及表征

2.1 前言

2.2实验部分

2.2.1 Ni1-xCoxP修饰的碳纳米管的制备

2.2.2 Ni1-xCoxP/MWNT8的表征方法

2.3结果与讨论

2.3.1 XRD图谱分析

2.3.2 TEM照片和EDX图谱分析

2.3.3磁学性质测量

2.3.4微波吸收性能的分析

2.4结论

参考文献

第三章 Ni-Co-P/SiC的制备、表征及微波吸收性质分析研究

3.1 前言

3.2实验部分

3.2.1碳化硅颗粒的预处理

3.2.2无电沉积过程

3.2.3样品的表征及测试

3.3结果与讨论

3.3.1 SEM、EDX和XRD分析

3.3.2涂覆Ni-Co-P涂层的SiC颗粒的磁学性能分析

3.3.3微波吸收性能分析

3.4结论

参考文献

第四章 Ni/CCG的制备及其磁学性质分析研究

4.1 前言

4.2实验部分

4.2.1氧化石墨的制备

4.2.2 Ni/CCG的制备

4.2.3样品的表征及仪器

4.3结果与讨论

4.3.1 TEM照片

4.3.2 XRD图谱分析

4.3.3 XPS图谱分析

4.3.4磁学性能分析

4.4结论

参考文献

第五章Pt/CCG对甲醇的催化氧化分析研究

5.1 前言

5.2实验部分

5.2.1氧化石墨(graphite oxide，GO)的制备

5.2.2多壁碳纳米管(MWCNTs)的功能化

5.2.3 Pt/CCG、Pt/MWCNT的合成以及GO的乙二醇还原

5.2.4表征方法及仪器

5.2.5电化学测试

5.3结果与讨论

5.3.1 Pt/CCG和Pt/MWCNT的形貌及Pt的粒径分布

5.3.2 XRD图谱分析

5.3.3 X射线光电子能谱

5.3.4电化学活性表面积

5.3.5 甲醇在Pt/CCG和Pt/MWCNT上的电催化氧化

5.4结论

参考文献

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

博士期间发表的论文

致 谢