自蔓延高溫合成功能化碳納米材料及其性能研究.pdf

1、碳納米材料由于具有良好的力學(xué)、電學(xué)及化學(xué)性能，使其在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和能源等領(lǐng)域都顯示了巨大的應(yīng)用前景。特別是對(duì)于具有高比表面積和高電導(dǎo)率的石墨烯及多孔生物質(zhì)碳納米材料更是研究的熱點(diǎn)。本文以石墨和果糖為主要原料，設(shè)計(jì)合成了兩種功能化的碳納米材料，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。其中包括水溶性石墨烯的制備以及導(dǎo)電性能研究;Fe/N共摻雜碳納米盒子的制備及其ORR催化性能研究。具體內(nèi)容包括:
　　(1)用改性Hummers法制備GO，并用不同量沒

2、食子酸對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性得到GOGA，發(fā)展了SHS技術(shù)分別還原GO和GOGA制備石墨烯的方法。與傳統(tǒng)制備方法相比，該方法具有工藝簡單、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。并通過XRD、FI-IR、XPS、Raman、TEM和HRTEM等測(cè)試方法對(duì)rGO和rGOGA的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。另外，通過Zeta電位、接觸角測(cè)試和電導(dǎo)率測(cè)試對(duì)其水溶性和導(dǎo)電性進(jìn)行表征。發(fā)現(xiàn)由于沒食子酸的修復(fù)作用，不僅提高了石墨烯電導(dǎo)率(88900S/m)，還使其具有一定的水溶性。探索了石墨烯

3、的改性和修復(fù)機(jī)理。
　　(2)以生物質(zhì)果糖為原料，采用SHS技術(shù)制備出3D多孔和高度石墨化的CNBs，其電導(dǎo)率為40700S/m，高于傳統(tǒng)方法制備的石墨烯和碳納米管。然后將FeCl3和氨氣作為氮源，以不同的溫度煅燒制備出負(fù)載有Fe基納米顆粒的Fe-N-CNBs。通過XRD表征發(fā)現(xiàn)Fe基納米顆粒主要由Fe，F(xiàn)e3C和Fe2N納米晶體組成。另外通過電化學(xué)工作站和鋅-空氣電池裝置對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，得出Fe-N-CNBs-600催化劑的起