氮摻雜石墨烯和碳化鉬-石墨烯復(fù)合納米材料的電催化性能研究.pdf

1、自從2004年，Geim等人通過機械剝離石墨的方法成功制備了石墨烯，這種典型的二維納米材料就因為其具有獨特的性能迅速成為材料科學(xué)最熱門的領(lǐng)域之一。石墨烯，sp2雜化碳原子構(gòu)成的六元環(huán)蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，不僅具有化學(xué)穩(wěn)定性而且也具有卓越的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，包括強楊氏模量、高斷裂強度、高熱導(dǎo)率、快電荷載流子遷移率、大比表面積和高光透過率，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如生物醫(yī)學(xué)、增強復(fù)合材料、傳感器、催化劑、能量轉(zhuǎn)換和儲存裝置。

2、　　為了探尋石墨烯新的性質(zhì)和應(yīng)用，研究者將研究方向轉(zhuǎn)移到設(shè)計和構(gòu)造石墨烯基功能材料上，使其性質(zhì)不同于甚至超越石墨烯。石墨烯基材料包括摻雜石墨烯和石墨烯納米復(fù)合材料。摻雜石墨烯的性質(zhì)與石墨烯片層的結(jié)構(gòu)和成分緊密相連，原位生長法和后處理方法通常用來制備雜原子摻雜石墨烯。石墨烯納米復(fù)合材料可以通過多種途徑將一種或多種納米顆粒擔載在石墨烯納米片上，包括非共價鍵相互作用和共價鍵反應(yīng)法，無電子化學(xué)沉積法，水熱和溶劑熱生長法，電化學(xué)和電泳沉積法，光化

3、學(xué)反應(yīng)法和物理沉積法及混合法等。在本論文中，我們設(shè)計并合成了具有介孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜石墨烯及碳化鉬/石墨烯復(fù)合材料，并研究其電催化性能。取得的主要結(jié)果如下:
　　1.通過無模板法熱處理預(yù)先制備的多巴胺/氧化石墨烯復(fù)合材料，合成了介孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜石墨烯，且可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。由于預(yù)先合成的多巴胺包覆在氧化石墨烯表面作為空間阻隔，避免了熱處理過程中石墨烯重新團聚，使氮摻雜石墨烯具有較大比表面積和介孔結(jié)構(gòu)。研究了該材料在堿性環(huán)境下的氧氣還原電

4、催化性能。實驗結(jié)果表明，我們制備的氮摻雜石墨烯經(jīng)歷四電子還原過程，電催化性能明顯高于相同條件下合成的還原氧化石墨烯和多巴胺與石墨烯混合制備的氮摻雜石墨烯。同時，我們還研究了不同濃度多巴胺對催化性能的影響，表明合適的氮摻雜量對催化性能有重要的影響。
　　2.以鉬酸銨和氧化石墨烯為前驅(qū)物，先后通過水熱和熱處理合成了碳化鉬/石墨烯復(fù)合材料。石墨烯既作為基底材料，同時又作為合成復(fù)合材料的碳源。在熱處理過程中，鉬酸銨轉(zhuǎn)化成碳化鉬，生成的碳化