鐵氧體復合物的設計及其在光催化劑和超級電容器中的應用.pdf

1、近年來，隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴峻，越來越多的高性能催化劑和電極材料被應用到光催化和儲能領域。單組份催化劑和電極材料由于自身缺陷，往往難以滿足性能要求。由于各組分之間的協同效應，多組分功能納米復合材料具有比單一組分更優(yōu)異的性能。在本論文中通過簡易的軟化學制備方法設計并制備了一系列基于磁性尖晶石型鐵氧體的功能納米復合材料，并研究了其作為可見光催化劑的催化性能和作為超級電容器電極材料的電化學性能。具體內容如下:
　　1)鐵氧體-多壁

2、碳納米管復合納米材料的制備及光催化性能研究
　　本論文首先通過簡單的一步水熱反應將鐵氧體（包括CoFe2O4和NiFe2O4）納米粒子均勻負載到多壁碳納米管(MWNT)上制備出CoFe2O4-MWNT和NiFe2O4-MWNT二元納米復合光催化劑。利用MWNT良好的導電性來提高光生電子和空穴的有效分離，以期得到高的光催化活性，此外充分發(fā)揮磁性尖晶石型鐵氧體的磁分離性能，獲得可磁分離的高效光催化劑。結果表明，制備的CoFe2O4-M

3、WNT和NiFe2O4-MWNT二元復合納米催化劑在可見光下對亞甲基藍具有很好的降解效果，在紫外光下對苯酚、鄰硝基苯酚、對硝基苯酚和三硝基苯酚等具有良好的降解效果。
　　2)鐵氧體-聚苯胺復合納米材料的制備及吸附、光催化性能研究
　　本論文通過原位氧化聚合反應將導電聚苯胺均勻包覆在CoFe2O4納米粒子表面，獲得了可磁分離的CoFe2O4-PANI二元復合納米材料。由于兩者之間的協同效應，所制備的CoFe2O4-PANI二元

4、復合納米材料在可見光照射下對陰離子染料如甲基橙的降解效果明顯優(yōu)于單純的CoFe2O4或PANI。由于酸摻雜的PANI骨架上帶有正電荷，所獲得的CoFe2O4-PANI二元復合納米材料對陰離子染料如甲基橙等具有十分顯著的吸附效果，且吸附過程符合二級吸附動力學方程和Langmuir等溫吸附模型。由于吸附效果的不同，所制備的CoFe2O4-PANI二元復合納米材料在可見光照射下對陰離子染料如甲基橙等具有十分顯著的降解效果。
　　3)硫化

5、鎘-鐵氧體復合納米材料的制備及光催化性能研究
　　硫化鎘(CdS)是一種高效的可見光催化劑，但是單純的CdS容易產生光腐蝕現象，多次循環(huán)之后光催化活性明顯降低，并且反應之后CdS的回收分離十分困難。針對以上問題，本論文通過水熱反應將CdS與鐵氧體（包括ZnFe2O4和CoFe2O4）復合在一起分別制備出了可磁分離的CdS-ZnFe2O4和CdS-CoFe2O4二元納米復合光催化劑，并通過可見光下催化降解羅丹明B和對氯苯酚的檢測方法

6、來研究其可見光催化降解能力和循環(huán)穩(wěn)定性。由于鐵氧體與CdS之間的協同效應提高了光生電子和空穴的有效分離，不僅使得所制備的CdS-ZnFe2O4和CdS-CoFe2O4二元復合光催化劑在可見光照射下對羅丹明B和對氯苯酚具有良好的光催化降解效果，而且提高了光催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　4)二氧化鈦-鐵氧體-聚苯胺三元復合納米材料的制備及光催化性能研究
　　在二元復合材料的基礎上，我們通過原位氧化聚合反應將導電PANI均勻包覆在二氧

7、化鈦(P25)和CoFe2O4復合材料表面制備出P25-CoFe2O4-PANI三元復合納米材料，并研究了其對染料分子的吸附能力及可見光催化降解能力。以陰離子染料甲基橙為吸附物質研究了P25-CoFe2O4-PANI三元復合納米材料的吸附能力，結果表明P25-CoFe2O4-PANI三元復合納米材料對甲基橙等陰離子染料的吸附過程符合二級吸附動力學方程和Langmuir等溫吸附模型。通過可見光催化降解不同染料來研究其光催化性能，結果表明與

8、二元復合材料相比，三元復合納米材料能夠充分發(fā)揮各組分的優(yōu)勢，表現出更高的光催化活性。
　　5)鐵氧體-石墨烯-聚苯胺三元復合納米材料的制備及儲電性能研究
　　本論文通過兩步法制備出鐵酸鈷-石墨烯-聚苯胺和鐵酸錳-石墨烯-聚苯胺三元復合納米材料:首先通過水熱反應將鐵氧體納米粒子負載到石墨烯表面，接著通過原位氧化聚合反應進行聚苯胺的包覆。電化學測試結果表明，所制備的鐵氧體-石墨烯-聚苯胺三元納米復合材料表現出比相應的二元復合材料

9、和單元組分優(yōu)異的電化學儲能性能。三元納米復合材料優(yōu)異的電化學性能是由于其獨特的納米結構和各組分之間的協同效應所產生的。
　　6)錳酸鋅-石墨烯復合納米材料的制備及儲鋰性能研究
　　通過兩步法制備出錳酸鋅-石墨烯復合納米材料，并研究其電化學儲鋰性能。錳酸鋅-石墨烯復合納米材料主要是由粒徑大小為～4 nm的錳酸鋅納米粒子均勻負載在石墨烯片上所形成的。用做鋰離子電池負極材料時，錳酸鋅-石墨烯復合納米材料表現出高的比容量值、優(yōu)異的倍