MnO_2,Bi_2WO_6纳米材料及石墨烯复合物的制备和性能研究

【摘要】随着人类日益增长的物质文化需求和人们对高性能材料的迫切追求,先进纳米复合材料得到不断的深化和发展。例如,许多高性能的MnO2、Bi2WO6以及它们为基体的复合材料已有报道,并实现了在环保和电学等方面的应用,同时也为开发其它更为先进的无机材料提供了参考。近年来,石墨烯已经在力学、电学和光催化等领域得到广泛的应用。本论文制备了Mn02和Bi2WO6无机纳米材料,利用石墨烯为结构导向剂来制备新型石墨烯纳米复合材料,并对其性能进行了详细的分析和研究。具体研究内容和结果如下：1二氧化锰纳米材料及其复合物的制备及性能研究(1)采用水热法制备了α-MnO2纳米簇材料,详细考察了反应条件(温度、时间)对材料形貌的影响。通过BET测试得出：水热条件对物质表面物理性质(比表面积)有着重要的影响；通过FT-IR光谱技术证明了α-MnO2材料是通过物理吸附来去除污染物；初步探讨了其晶体形成机理；通过MTT生物活性实验得出α-MnO2纳米簇材料在设定的实验条件下是一种环境友好型、无毒的纳米材料,这种材料有望在以后使用的过程中不会产生二次污染。(2)Ag@MnO2的纳米材料制备及杀菌性能的研究通过水热和还原两步法来制备花状Ag@MnO2复合材料微米球。通过XRD、SEM和TEM测试手段对其进行了表征。从杀菌测试数据可以看出,Ag@MnO2复合材料显示出显著的杀菌性能。(3)核-壳结构的水溶性PAA@MnO2微米球的制备及磁性研究在室温条件下,快速制备了核-壳结构的PAA@MnO2复合材料。通过SEM和TEM测试手段表征了PAA@MnO2复合物的核-壳结构；利用TGA和FT-IR测试手段证明了PAA成功包覆在Mn02晶核上；根据表征结果提出了晶体生长机理；磁性测试表明PAA@MnO2复合物同样具有磁性；此材料有望应用在药物运输和液相催化方面。2GO、RGO及MnO2/RGO复合材料的制备及表征利用原始石墨、浓硫酸和硝酸盐为原料,以高锰酸钾为氧化剂,通过Hummers法制备了GO。该方法的优点是用高锰酸盐代替高氯酸盐,提高了实验的安全性,减少了有毒气体的产生。同时该方法所需氧化时间较短、产物的氧化程度较高,产物的晶体结构较规整且易于在水中发生溶胀而层离。利用H20和OHCH2CH2OH的混合溶剂法制备了RGO/α-MnO2复合材料,通过XRD、SEM和TEM成功地表征了该材料。通过表征测试可以得出复合物中的Mn02具有棒状的形貌,此材料有望用在电学和环保领域。3Bi2WW6/RGO复合材料的制备及催化性能的研究采用水热法制备了Bi2WO6/RGO纳米复合材料,并研究了其降解罗丹明、苯酚和Cr(Ⅵ)的性能。利用XRD、SEM和TEM等手段成功表征了制备的Bi2WO6/RGO复合材料。在本实验中,我们发现GO加入到前驱体溶液中,经过水热还原成的RGO纳米片充当模板剂和结构导向剂,更多的Bi2WO6纳米晶核沉积在RGO纳米片。但随着更多GO的加入,最终形成了具有RGO纳米片状的Bi2WO6/RGO复合物。通过紫外漫反射光谱测试,可以看出通过RGO修饰的Bi2WO6复合物能带可得到有效的降低。根据表征数据,我们提出了系列Bi2WO6/RGO纳米材料形成机理。当Bi2WO6/RGO复合材料中RGO优化量为20mg时,生成的复合材料对罗丹明、苯酚和Cr(Ⅵ)污染物的降解性能最好,对催化性能增强机理做了详细的讨论。此材料还具有循环使用的特点,有望在环保等领域得到广泛应用,并为其他无机物/石墨烯复合材料的制备提供了一条简单而有效的途径。
【作者】马洪伟；
【导师】叶明新；
【作者基本信息】复旦大学，材料物理与化学，2012，博士
【关键词】石墨烯；MnO2；Bi2WO6；吸附；光催化；复合物；

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