鐵氧體復(fù)合物的設(shè)計(jì)及其在光催化劑和超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf_第1頁
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1、近年來,隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻,越來越多的高性能催化劑和電極材料被應(yīng)用到光催化和儲(chǔ)能領(lǐng)域。單組份催化劑和電極材料由于自身缺陷,往往難以滿足性能要求。由于各組分之間的協(xié)同效應(yīng),多組分功能納米復(fù)合材料具有比單一組分更優(yōu)異的性能。在本論文中通過簡(jiǎn)易的軟化學(xué)制備方法設(shè)計(jì)并制備了一系列基于磁性尖晶石型鐵氧體的功能納米復(fù)合材料,并研究了其作為可見光催化劑的催化性能和作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。具體內(nèi)容如下:
  1)鐵氧體-多壁

2、碳納米管復(fù)合納米材料的制備及光催化性能研究
  本論文首先通過簡(jiǎn)單的一步水熱反應(yīng)將鐵氧體(包括CoFe2O4和NiFe2O4)納米粒子均勻負(fù)載到多壁碳納米管(MWNT)上制備出CoFe2O4-MWNT和NiFe2O4-MWNT二元納米復(fù)合光催化劑。利用MWNT良好的導(dǎo)電性來提高光生電子和空穴的有效分離,以期得到高的光催化活性,此外充分發(fā)揮磁性尖晶石型鐵氧體的磁分離性能,獲得可磁分離的高效光催化劑。結(jié)果表明,制備的CoFe2O4-M

3、WNT和NiFe2O4-MWNT二元復(fù)合納米催化劑在可見光下對(duì)亞甲基藍(lán)具有很好的降解效果,在紫外光下對(duì)苯酚、鄰硝基苯酚、對(duì)硝基苯酚和三硝基苯酚等具有良好的降解效果。
  2)鐵氧體-聚苯胺復(fù)合納米材料的制備及吸附、光催化性能研究
  本論文通過原位氧化聚合反應(yīng)將導(dǎo)電聚苯胺均勻包覆在CoFe2O4納米粒子表面,獲得了可磁分離的CoFe2O4-PANI二元復(fù)合納米材料。由于兩者之間的協(xié)同效應(yīng),所制備的CoFe2O4-PANI二元

4、復(fù)合納米材料在可見光照射下對(duì)陰離子染料如甲基橙的降解效果明顯優(yōu)于單純的CoFe2O4或PANI。由于酸摻雜的PANI骨架上帶有正電荷,所獲得的CoFe2O4-PANI二元復(fù)合納米材料對(duì)陰離子染料如甲基橙等具有十分顯著的吸附效果,且吸附過程符合二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程和Langmuir等溫吸附模型。由于吸附效果的不同,所制備的CoFe2O4-PANI二元復(fù)合納米材料在可見光照射下對(duì)陰離子染料如甲基橙等具有十分顯著的降解效果。
  3)硫化

5、鎘-鐵氧體復(fù)合納米材料的制備及光催化性能研究
  硫化鎘(CdS)是一種高效的可見光催化劑,但是單純的CdS容易產(chǎn)生光腐蝕現(xiàn)象,多次循環(huán)之后光催化活性明顯降低,并且反應(yīng)之后CdS的回收分離十分困難。針對(duì)以上問題,本論文通過水熱反應(yīng)將CdS與鐵氧體(包括ZnFe2O4和CoFe2O4)復(fù)合在一起分別制備出了可磁分離的CdS-ZnFe2O4和CdS-CoFe2O4二元納米復(fù)合光催化劑,并通過可見光下催化降解羅丹明B和對(duì)氯苯酚的檢測(cè)方法

6、來研究其可見光催化降解能力和循環(huán)穩(wěn)定性。由于鐵氧體與CdS之間的協(xié)同效應(yīng)提高了光生電子和空穴的有效分離,不僅使得所制備的CdS-ZnFe2O4和CdS-CoFe2O4二元復(fù)合光催化劑在可見光照射下對(duì)羅丹明B和對(duì)氯苯酚具有良好的光催化降解效果,而且提高了光催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性。
  4)二氧化鈦-鐵氧體-聚苯胺三元復(fù)合納米材料的制備及光催化性能研究
  在二元復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,我們通過原位氧化聚合反應(yīng)將導(dǎo)電PANI均勻包覆在二氧

7、化鈦(P25)和CoFe2O4復(fù)合材料表面制備出P25-CoFe2O4-PANI三元復(fù)合納米材料,并研究了其對(duì)染料分子的吸附能力及可見光催化降解能力。以陰離子染料甲基橙為吸附物質(zhì)研究了P25-CoFe2O4-PANI三元復(fù)合納米材料的吸附能力,結(jié)果表明P25-CoFe2O4-PANI三元復(fù)合納米材料對(duì)甲基橙等陰離子染料的吸附過程符合二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)方程和Langmuir等溫吸附模型。通過可見光催化降解不同染料來研究其光催化性能,結(jié)果表明與

8、二元復(fù)合材料相比,三元復(fù)合納米材料能夠充分發(fā)揮各組分的優(yōu)勢(shì),表現(xiàn)出更高的光催化活性。
  5)鐵氧體-石墨烯-聚苯胺三元復(fù)合納米材料的制備及儲(chǔ)電性能研究
  本論文通過兩步法制備出鐵酸鈷-石墨烯-聚苯胺和鐵酸錳-石墨烯-聚苯胺三元復(fù)合納米材料:首先通過水熱反應(yīng)將鐵氧體納米粒子負(fù)載到石墨烯表面,接著通過原位氧化聚合反應(yīng)進(jìn)行聚苯胺的包覆。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,所制備的鐵氧體-石墨烯-聚苯胺三元納米復(fù)合材料表現(xiàn)出比相應(yīng)的二元復(fù)合材料

9、和單元組分優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)能性能。三元納米復(fù)合材料優(yōu)異的電化學(xué)性能是由于其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和各組分之間的協(xié)同效應(yīng)所產(chǎn)生的。
  6)錳酸鋅-石墨烯復(fù)合納米材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究
  通過兩步法制備出錳酸鋅-石墨烯復(fù)合納米材料,并研究其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能。錳酸鋅-石墨烯復(fù)合納米材料主要是由粒徑大小為~4 nm的錳酸鋅納米粒子均勻負(fù)載在石墨烯片上所形成的。用做鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),錳酸鋅-石墨烯復(fù)合納米材料表現(xiàn)出高的比容量值、優(yōu)異的倍

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