多孔碳及其纳米复合材料的合成与电催化应用研究

【摘要】随着碳纳米材料的迅猛发展，多孔碳纳米材料因为存在大量的孔，高的比表面积和独特的构架组成已经在各种不同的领域引起了研究者们的极大兴趣。近些年来，多孔碳纳米材料更广泛的被应用在电化学领域，例如用作电催化的催化剂和电容器的电极材料等。本论文在前人研究的基础上，制备了几种新型的多孔碳及其纳米复合材料并对其电催化应用进行研究，内容主要包括以下几个部分：（1）通过自模板方法合成了一种新型的介孔碳纳米纤维（M-CNF），将其修饰到电极上用来电化学检测多巴胺（DA），抗坏血酸（AA）和尿酸（UA），M-CNF/GCE对这些物质呈现出显著增强的电催化性能。而且，这种碳材料实现了在生理pH条件下（pH7.4）同时检测DA，AA和UA混合物，呈现出高的灵敏度和宽的线性范围。我们用M-CNF/GCE对嘌呤类物质进行了检测，优越的电催化性能表明M-CNF是一种有前途的电催化剂。进一步，我们将M-CNF作为载体，将金纳米粒子通过电沉积方法负载到M-CNF上，结合M-CNF独特的结构和高的表面积以及金纳米粒子高的催化性能，M-CNF-Au检测肼呈现出低的检出限，宽的线性范围和短的响应时间，这使M-CNF-Au成为有前途的高效检测肼的修饰电极材料。而且，此纳米复合物的制备在设计和构建基于M-CNF的电催化材料上有很大的指导意义。（2）我们制备了铂钯负载的大介孔碳（PtxPdy/LMC）纳米复合物，并将其应用于电化学，用H2O2和亚硝酸盐作为探针检测PtxPdy/LMC的电催化性能。H2O2和亚硝酸盐在PtxPdy/LMC/GCE上的检测结果表明Pt1Pd1/LMC/GCE呈现出较高的电催化活性。Pt,Pd合金纳米粒子高效催化能力和协同效应以及LMC基底的独特结构是Pt1Pd1/LMC/GCE产生增强的电催化性能的原因。Pt1Pd1/LMC/GCE不仅可以作为H2O2和亚硝酸盐的优良传感器而且可以作为检测其他物质的高效电催化剂。受大介孔碳制备方法的启发，我们以鱼精DNA为碳源和氮源实现了一步绿色法制备氮掺杂的大介孔碳（N-LMC）。研究了它对氧还原反应（ORR）的催化活性，与未掺氮的大介孔碳相比，有较高吡啶氮和石墨化氮含量的N-LMC-800（800℃碳化）显示出更高的ORR电催化活性，表明它是一种有前途的非金属氧还原电催化剂。（3）通过在有序介孔碳（OMC）制备过程中加入不同含量比的蔗糖和二苄基硫，成功的合成了不同量硫掺杂的有序介孔碳（OMC-S-X）。其中得到的OMC-S-3对ORR呈现出高的电催化活性，好的稳定性和优良的抗甲醇干扰能力。而且，我们研究了在OMC-S-X中不同的硫键对ORR的影响，结果表明C-S-C对ORR起着很重要的作用。（4）以聚多巴胺为前驱体，制备了钴掺杂的纳米孔空心碳球（PDA-HCS-Co）。虽然PDA-HCS对ORR有很小的催化活性，PDA-HCS-Co却呈现出与Pt-C催化剂相近的电催化活性，而且有高于Pt-C催化剂的稳定性和抗甲醇干扰能力。这表明结合了氮元素和Co-N对ORR的催化优势，我们合成的PDA-HCS-Co是一种有前途的非贵金属氧还原催化剂。（5）我们报导了一种合理的设计和制备新型孔石墨烯（P-GR）的方法，其中使用铜作为侵蚀试剂。不同的电活性化合物在P-GR/GCE上的电化学行为表明，与GR/GCE相比，P-GR/GCE有更好的电催化性能。这些生物分子在P-GR/GCE上增强的电化学活性归因于与GR相比，P-GR独特的孔结构，高含量的边缘缺陷位点（EDSs）和较多的酸性含氧官能团。该工作具有很重要的意义，不仅仅因为它是一种新型的制备P-GR的方法，更重要的是它构建了一种基于P-GR的新型的电化学传感平台，扩展了P-GR的应用范围。
【作者】王欢；
【导师】郭黎平；
【作者基本信息】东北师范大学，分析化学，2014，博士
【关键词】多孔碳；纳米复合材料；电催化；生物小分子；氧还原反应；

【参考文献】
[1]朱珠.物联网环境下的传感信息分类与共享研究[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[2]刘国民.基于供应链管理的Y高校餐饮采购风险研究[D].南京邮电大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[3]刘国胜.基于偏差调节的最大功率点跟踪技术比较研究[D].燕山大学,电气工程,2014,硕士.
[4]许杨.学习通用设计对智力落后儿童图形认知影响研究[D].辽宁师范大学,特殊教育学,2011,硕士.
[5]金中杰.我国区域创新资源配置效率研究[D].浙江工商大学,统计,2012,硕士.
[6]王冠丞.基于新概念地震数据监测装置的研究[D].中国地质大学（北京）,电子与通信工程,2013,硕士.
[7]易越.女性着装压力研究[D].西南大学,应用心理学,2013,硕士.
[8]陆静.高效氯氟氰菊酯微胶囊悬浮剂的研制及释放机理研究[D].浙江工业大学,2013.
[9]张绒.虚拟学习社区促进教师专业发展的支持模式研究[D].西北师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[10]熊为人.西安财富中心写字楼项目营销策略研究[D].西安理工大学,工商管理,2004,硕士.
[11]沈娥,刘紫嫣,周豪,李端行,张旭旺,王经伟,沈文丽,曲媛媛,周集体.CupriavidusmetalliduransSHE好氧还原Se(IV)合成硒纳米颗粒的特性研究[J].环境科学学报.
[12]崔利彬.本地石油企业成品油销售竞争战略研究[D].对外经济贸易大学,2003.
[13]国香恩.液压挖掘机节能模糊控制系统研究[D].吉林大学,2004.
[14]张转转.随机的螺旋和聚苯六角链的Hosoya多项式[D].兰州大学,运筹学与控制论,2014,硕士.
[15]李晓庆.含有酯基及五元杂环的1,5-苯并二氮杂卓类化合物的合成及抑菌活性研究[D].河北师范大学,有机化学,2014,硕士.
[16]张玉.财税政策的环境治理效应研究[D].山东大学,财政学,2014,博士.
[17]黄磊.基于GPGP机制的物联网任务协调机制研究[D].辽宁大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[18]崔王乐.斜向预应力无缝水泥混凝土收缩性能研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[19]周虹芝.广东企业跨国并购问题研究[D].广东外语外贸大学,国际贸易学,2013,硕士.
[20]李丹.《世说新语》中女性形象研究[D].陕西理工学院,中国古代文学,2013,硕士.
[21]程波.认知OFDM信号旁瓣抑制算法研究[D].北京交通大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[22]谷萌.团体心理辅导对中等职业中学学生感戴水平影响的实验研究[D].西南大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[23]王悠,俞志明.海洋有害赤潮的生物防治对策(英文)[J].植物生态学报,2005,04:665-671.
[24]张友生.系统分析师考试重点和难点分析[J].计算机教育,2005,09:51-64.
[25]杨浩,罗亚晨.糙隐子草功能性状对氮添加和干旱的响应[J].植物生态学报,2015,01:32-42.
[26]王雪阳.SBS百皮秒脉冲压缩特性的研究[D].哈尔滨工业大学,物理电子学,2013,硕士.
[27]刘琳.新型城镇化背景下社区全媒体议程设置与影响力研究[D].上海大学,传播学,2014,硕士.
[28]刘陪.基于OVAL漏洞检测的补丁管理系统研究与设计[D].湖北大学,计算机应用技术,2011,硕士.
[29]柳世光,崔晓娟,高源.辽河拗陷低潜山地震资料处理技术[J].石油地球物理勘探,2005,03:283-288+16-372.
[30]王琦.烟火药水下燃烧声源气泡特征和声辐射特征研究[D].南京理工大学,军事化学与烟火技术,2013,硕士.
[31]陈实.高校学生社区文化研究[D].南昌航空大学,思想政治教育,2012,硕士.
[32]郭华芳.集体建设用地使用权流转制度研究[D].首都经济贸易大学,经济法,2014,硕士.
[33]张斌.光纤光栅的制作及其传感应用[D].宁波大学,光学,2014,硕士.
[34]王宁宁.7-9年级现代诗歌朗读教学研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[35]刘克飞.框架型板式轨道水泥乳化沥青砂浆伤损及维修标准研究[D].西南交通大学,道路与铁道工程,2013,硕士.
[36]杨秋玲.含氢化酶功能模型配合物的光阴极制备及催化性能研究[D].哈尔滨工业大学,无机化学,2014,硕士.
[37]宋晓萍,廖明夫.基于Internet的风电场SCADA系统框架设计[J].电力系统自动化,2006,17:89-93.
[38]程泓超.阶段分析理论下我国政府网络危机公关策略研究[D].河北大学,新闻学,2014,硕士.
[39]范晔斐.蒙汉英混排文档图像的文种识别研究[D].内蒙古大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[40]王喆.风险导向内部审计模式应用研究[D].首都经济贸易大学,会计学,2014,硕士.
[41]王金婵,宋璐,刘博.石墨烯在场发射器件中的应用现状及展望[J].应用能源技术,2013,07:1-3.
[42]杨青.论瑕疵出资股权转让民事责任的承担[D].华中师范大学,民商法学,2013,硕士.
[43]王瑞,王丽萍.我国农产品贸易流量现状与影响因素:基于引力模型的实证研究[J].国际贸易问题,2012,04:39-48.
[44]张瑞雪.配电网三相潮流计算和网络重构算法的研究[D].北京交通大学,电气工程（专业学位）,2013,硕士.
[45]梁家亮.诱导多能干细胞向内皮细胞分化的调控机制及其对心肌梗死的治疗作用研究[D].南方医科大学,药理学,2014,博士.
[46]徐加奎.游戏教学对高校体育与健康课程排球选项课教学效果影响的研究[D].山东师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[47]王强.大脑中动脉中央支的影像解剖学研究[D].吉林大学,人体解剖与组织胚胎学,2013,硕士.
[48]李向清,张太阳,康诗钊,秦利霞,穆劲.聚苯乙烯微球/氧化石墨烯/纳米银组装体的制备及其性能[A].中国化学会.中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第1分会：表面界面与纳米结构材料[C].中国化学会:,2013:2.
[49]张峰.共沉积法制备Ni-C复合材料[D].山东理工大学,物理化学,2013,硕士.
[50]肖海峰,杨刚,张斌.石墨烯的有限元模型及其动态断裂[J].江苏航空,2014,03:26-28.