石墨烯基復(fù)合材料的構(gòu)筑及其催化制氫性能研究.pdf

1、石墨烯是一種由碳原子按sp2碳晶格緊密排列形成類似于蜂窩狀結(jié)構(gòu)的層狀材料，近年來(lái)受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。它的電子運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速的1/300，也就是說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。此外，它還具有良好的熱傳導(dǎo)性能，優(yōu)異的機(jī)械性能，高的化學(xué)穩(wěn)定性，大的表面積-體積比。這使得它在傳感器、電池、超級(jí)電容器、制氫儲(chǔ)氫等許多科技領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。本文利用石墨烯優(yōu)良的電子傳導(dǎo)性能，來(lái)提高氫氣制備過(guò)程中所使用催化劑的催化性能，降低氫氣制備成

2、本，為氫能的廣泛應(yīng)用提供一種新的思路。
　　 通過(guò)一步溶劑熱法制備了鈷/石墨烯復(fù)合材料，采用X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、共聚焦顯微拉曼光譜儀(Raman)和振動(dòng)磁強(qiáng)計(jì)(VSM)對(duì)該復(fù)合材料的物相、形貌和磁性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明:所得復(fù)合材料無(wú)任何雜相，鈷納米顆粒均勻地附著在石墨烯表面，復(fù)合材料表現(xiàn)出了超順磁性，矯頑力幾乎為0，最大飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到80.8emu·g-1，是一種很好的軟磁性材料;在催化硼氫化

3、鈉分解制備氫氣的實(shí)驗(yàn)中，石墨烯的引入有效提高氫氣形成速率，約為單質(zhì)鈷的2～3倍。本實(shí)驗(yàn)將復(fù)合材料均勻涂覆在濾紙表面得到功能濾紙，該功能濾紙具有一定的磁性，易于回收再利用，為磁性可控、可循環(huán)制備氫氣提供了可行的路徑。
　　 采用有機(jī)合成纖維聚丙烯腈纖維為載體，通過(guò)靜電吸引首先在纖維表面制備氧化石墨和石墨烯薄膜，進(jìn)而制備纖維負(fù)載鈷/石墨烯復(fù)合材料。采用X射線衍射儀(XRD)、共聚焦顯微拉曼光譜儀（Raman）、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(

4、FESEM)和能譜儀(EDS)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。石墨烯均勻包覆在聚丙烯腈纖維表面，形成了一層導(dǎo)電薄膜，得到導(dǎo)電纖維，將纖維單絲接入電路，LED燈被成功點(diǎn)亮。同時(shí)所得復(fù)合材料為制備纖維狀催化劑提供了可靠路徑。通過(guò)簡(jiǎn)單的攪拌加熱方法將鈷/石墨烯復(fù)合材料固定在纖維表面，減少鈷/石墨烯復(fù)合材料顆粒的團(tuán)聚，增加新的電子傳輸路徑和反應(yīng)中心，使所得纖維催化劑的制氫速率（3222mL·min-1·g-1Co/GRs-PANFs）遠(yuǎn)大于其他兩種催化劑材

5、料的的制氫速率（915mL·min-1·g-1Co和995mL·min-1·g-1Co/GRs）。
　　 以水合肼為氮化劑，采用一步水熱法制備得到了不同P25含量的氮摻雜石墨烯/P25復(fù)合材料，采用X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜儀(XPS)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。P25納米顆粒牢固地附著在氮摻雜石墨烯表面且分布比較均勻。在紫外光催化裂解水制備氫氣的過(guò)程中，由于氮