新型rGO-CNTs復(fù)合材料和三元骨架CuAlZn材料的制備及在能源方面的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著人類對(duì)不可再生能源消耗逐年增加，我們面臨能源短缺和環(huán)境惡化的問(wèn)題愈來(lái)愈突出。尋找清潔和可再生的能源已經(jīng)成為世界各國(guó)共同關(guān)心的問(wèn)題。研發(fā)新型的能源材料已經(jīng)成為世界關(guān)注的前沿性課題。
　　石墨烯具有顯著的特點(diǎn)包括高比表面積、高導(dǎo)電性、良好化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，因此，已經(jīng)廣泛作為高性能超級(jí)電容材料的電極材料。鈣鈦礦太陽(yáng)電池的電極一般為金屬材料，金屬材料價(jià)格昂貴、對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求和實(shí)驗(yàn)條件要求太高。利用石墨烯-碳納米復(fù)合制備薄膜型電極

2、材料，組裝到鈣鈦礦電池上作為對(duì)電極材料有很大的發(fā)展前景。制備高性能的碳材料電極，可以省去空穴傳輸層材料，又可作為對(duì)電極，成本降低且毒性相對(duì)降低。
　　CO2過(guò)度排放所引起的氣候變化以及由此帶來(lái)的危害，已成為21世紀(jì)人類所面臨的最大環(huán)境問(wèn)題。CO2本身是豐富、廉價(jià)、清潔、安全的碳資源，通過(guò)催化加氫制備含氧化合物的研究近年來(lái)為人們所關(guān)注，不僅可以減少自然界中CO2的含量，也可用來(lái)生產(chǎn)得到增值化學(xué)品。然而，CO2是相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，目前

3、其利用轉(zhuǎn)化的效率較低，因此，開(kāi)發(fā)高效的催化材料實(shí)現(xiàn)CO2資源化轉(zhuǎn)化是研究的關(guān)鍵。
　　本文制備了石墨烯-碳納米管復(fù)合材料及討論其性能，并應(yīng)用于制備柔性線型超級(jí)電容器電極和鈣鈦礦太陽(yáng)電池。另外，制備一種新型三元骨架催化材料，應(yīng)用于CO2催化氫化轉(zhuǎn)化制備甲酸，以及提出其催化機(jī)理。研究的主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　在第二章，使用維生素C作為還原劑，低溫化學(xué)還原自組裝方法制備了新的石墨烯和碳納米管(rGO-CNT)復(fù)合纖維。機(jī)械性能測(cè)

4、試表明，極限伸長(zhǎng)率為150％的混合纖維具有比單一rGO纖維更好的機(jī)械性能，其極限伸長(zhǎng)率為105％。循環(huán)伏安法(CV)結(jié)果表明，rGO/CNT雜化纖維表現(xiàn)出比rGO纖維更好韻電化學(xué)性能，因?yàn)榍罢叩腃V曲線面積更大。復(fù)合電極的體積比電容為559.9 F cm-3，其高電流密度為1A g-1時(shí)的定性比電容為59.76 F g-1。rGO/CNT混合纖維的體積電容和質(zhì)量電容都高于單個(gè)rGO纖維，特別是在低掃描速度下。rGO-CNT復(fù)合纖維的掃描

5、電子顯微鏡和透射電子顯微鏡圖像清楚地顯示了rGO和CNT共組裝和互連的多孔結(jié)構(gòu)形成。在混合納米結(jié)構(gòu)中，CNT起到骨架作用，并且rGO和CNT之間的協(xié)同作用導(dǎo)致混合纖維具有增強(qiáng)的機(jī)械和電化學(xué)性能。其次，研究了rGO-CNTs其它比例的復(fù)合纖維電化學(xué)性能。通過(guò)比較循環(huán)伏安曲線狀況，分析了rGO的比例對(duì)復(fù)合纖維電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，rGO比CNTs的比值越大，其復(fù)合纖維的循環(huán)伏安曲線矩形性越差，快速充放電能力越差。
　　在第三章中，

6、用rGO-CNTs復(fù)合薄膜材料作為正極材料同時(shí)充當(dāng)空穴傳輸層，二氧化鈦為電子傳輸層，鈣鈦礦晶體作為光吸收層，組裝制備了鈣鈦礦太陽(yáng)電池，經(jīng)測(cè)試，其電池效率為0.3％，最大電流0.358 mA，最大電壓0.231 V，開(kāi)路電壓0.7609 V，電流密度1.193 mA cm-2。
　　在第四章，制備一種新型三元骨架催化材料CuAlZn用于CO2資源化利用。并研究各反應(yīng)條件對(duì)催化劑的影響，研究其催化機(jī)理。結(jié)果顯示CuAlZn-2.5 h