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

2、食子酸對其進行化學改性得到GOGA，發(fā)展了SHS技術分別還原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。并通過XRD、FI-IR、XPS、Raman、TEM和HRTEM等測試方法對rGO和rGOGA的結構進行表征。另外，通過Zeta電位、接觸角測試和電導率測試對其水溶性和導電性進行表征。發(fā)現(xiàn)由于沒食子酸的修復作用，不僅提高了石墨烯電導率(88900S/m)，還使其具有一定的水溶性。探索了石墨烯

3、的改性和修復機理。
　　(2)以生物質果糖為原料，采用SHS技術制備出3D多孔和高度石墨化的CNBs，其電導率為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。另外通過電化學工作站和鋅-空氣電池裝置對其進行性能測試，得出Fe-N-CNBs-600催化劑的起