氧化石墨烯-Zn（1-x）NixFe2O4复合材料的制备及光电性能研究

菜单

摘要：采用水热法制备了一系列不同Zn、Ni比例的氧化石墨烯-铁酸锌镍复合材料。通过XRD，BET和SEM对复合材料进行表征，结果表明铁氧体粒子均匀分散于石墨表面。以光催化降解亚甲基蓝为探针，研究复合材料的光催化性能，结果表明复合材料对亚甲基蓝有很好的降解效果，且当nZn/nNi=0.5-1.5范围内降解率最佳。采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试方法对其电化学性能进行了测试。电化学测试表明，Zn（1-x）NixFe2O4电极在1mol· L–1的H2SO4电解液中，0~1V电位范围内，有良好的电容性能，且内阻减小，导电性增强；如何进一步提高其电化学性能还有待进行深入研究。70673

毕业论文关键词：氧化石墨烯、铁氧体、光催化剂、电性能

Abstract：This paper explored the photoelectric properties of a series of GO-Zn(1-x)NixFe2O4 composites with different proportions of nZn/nNi, which were synthetized by hydrothermal method. The obtained composite materials were characterized by XRD, BET and SEM methods. The results show that ferrite material are uniformly dispersed in the surface of the graphene oxide. Photocatalytic degradation of Methylene Blue was chosen as the model system to study the photocatalytic properties of composite materials. Results showed that GO-Zn(1-x)NixFe2O4 composites presents excellent photocatalytic properties and proportions of nZn/nNi has effct on its properties. When proportions of nZn/nNi was changed during the range of 0.5 - 1.5 range, in the degradation rate of the best. The electrochemical properties of GO-Zn(1-x)NixFe2O4 composites were tested by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge test and AC impedance method. Electrochemical tests show that, GO-Zn(1-x)NixFe2O4 composites have relatively good capacitive properties and small resistance when tested in 1mol/L H2SO4, scanned in the range of 0 ~ 1V. How to further improve its electrochemical properties have yet to be carried out in-depth study.

Keywords：graphene oxide, Ferrite, Photocatalyst, Electric properties

1 绪论 1

2 实验方法 2

2.1 实验试剂 2

2.2 实验仪器 2

2.3 0.001mol氧化石墨烯-Zn（1-x）NixFe2O4的制备 2

2.4 可见光催化活性测试 3

2.5 电化学性能测试 4

3. 结果与讨论 5

3.1 结构表征 5

3.2 GO-Zn（1-x）NixFe2O4复合材料的光催化性能 11

3.3 GO-Zn（1-x）NixFe2O4复合材料电化学性能 13

3.3.1 循环伏安性能 13

3.3.2 恒电流充放电 14

3.3.3 交流阻抗性能 16

结论 18

参考文献 19

致谢 20

1 绪论

近年来，随着纳米碳材料的兴起，越来越多的高效催化剂以及高性能电极材料的应用成为了可能。而由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的石墨烯，作为纳米碳材料家族中的新兴成员，由于其特殊的二维纳米结构，独特的物理化学性能，使得石墨烯能够在纳米电子学、传感器、光催化、超级电容器、锂电池等诸多领域中有着广泛的应用[1,2]。其稳定的制备也为基于石墨烯复合物材料的研究提供了很好的基础。石墨烯独特的结构也使得石墨烯成为了一个非常理想的纳米组合成份来制备石墨烯的复合材料。目前，石墨烯的复合材料已在储能、催化、高分子、生物医药等领域展示出了一些优越的性质和潜在的应用。但是由于石墨本身不亲水不亲油以及无电荷的性质使其不能像层状的蒙脱土一样能通过层间的离子交换反应来实现单体的插层，这在一定程度上限制了石墨烯与一些物质的纳米复合[3]。为使石墨片层能够以纳米尺度与其它物质复合，可对其进行改性。对石墨烯进行氧化改性制成氧化石墨后再通过超声处理得到氧化石墨烯并进行纳米复合。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，也被称为功能化的石墨烯，它的结构与石墨烯大体相同，只是在二维基面上连有些官能团，主要是一些含氧官能团，这使其不需要表面活性剂就能在水中很好的分散[4]。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。作为一种化学修饰的石墨烯材料，氧化石墨烯是一个在目前基于石墨烯材料的制备和研究过程中具有非常重要战略地位的石墨烯衍生物。文献综述