磷摻雜碳基材料的設(shè)計(jì)、合成及其催化性能的研究.pdf

1、為了滿足日趨增長(zhǎng)的工業(yè)生產(chǎn)需求，綠色、高效的催化劑的研究和開發(fā)引起了廣泛的關(guān)注。碳基材料由于其價(jià)格低廉，毒性低，生物相容性好，同時(shí)具有較好的穩(wěn)定性，在催化，生物，光電和傳感等領(lǐng)域中具有很大的潛力。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，非金屬雜原子在碳結(jié)構(gòu)中的摻雜能夠提高原始碳材料的催化性能。本文中，通過改進(jìn)的合成方法，合成了磷摻雜的大孔碳球、碳點(diǎn)和活性炭及以磷摻雜碳點(diǎn)為基礎(chǔ)的復(fù)合催化劑，并探究摻雜對(duì)性質(zhì)的改變以及它們?cè)诖呋矫娴膽?yīng)用，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方

2、面：
　?。?）使用植酸作為原料，采用模板法合成了具有高比表面積的磷摻雜大孔碳球，該大孔碳球的比表面積為574.68 m2 g-1，最高磷含量達(dá)到6％。通過掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）以及 X射線粉末衍射（XRD）表征證實(shí)了其具有大孔結(jié)構(gòu)，X射線光電子能譜（XPS）、元素分析（EDS）和紅外（FT-IR）表征證明了磷元素的成功摻雜。將其應(yīng)用于催化氧化環(huán)辛烯的反應(yīng)中，一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于其具有的獨(dú)特孔狀結(jié)構(gòu)、較高的比表

3、面積和磷元素?fù)诫s產(chǎn)生的大量活性位點(diǎn)，該新型催化劑在比較溫和的條件下對(duì)于環(huán)辛烯的催化氧化具有較高的轉(zhuǎn)化率和選擇性（分別達(dá)到50.69%和88.47%）。
　?。?）通過一種簡(jiǎn)便的電化學(xué)刻蝕法制備了磷摻雜碳點(diǎn)，該碳點(diǎn)在高分辨透射（HRTEM）下顯示尺寸大約在3到5 nm之間，EDS、XPS和FT-IR表征證明了磷元素的成功摻雜，同時(shí)該碳點(diǎn)具有獨(dú)特的紫外和熒光特性。將該磷摻雜碳點(diǎn)應(yīng)用于催化氧還原反應(yīng)（ORR），結(jié)果顯示磷摻雜碳點(diǎn)具有較正

4、的起峰電位和較大的電流密度，同時(shí)具有很好的穩(wěn)定性和抗甲醇能力。我們通過調(diào)控制備過程中的原料比例獲得了具有不同磷元素含量的磷摻雜碳點(diǎn)，并進(jìn)一步闡述了磷含量對(duì)于電催化活性的影響。
　?。?）使用攪拌的方法獲得了金納米粒子和磷摻雜碳點(diǎn)的復(fù)合物，通過TEM、XRD、Raman以及熒光（PL）等方法表征了該復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和形貌特征，并應(yīng)用于催化 ORR。研究發(fā)現(xiàn)在可見光照射條件下金納米粒子在復(fù)合物中能夠進(jìn)一步增強(qiáng)磷摻雜碳點(diǎn)的光響應(yīng)，它們的協(xié)同

5、交互作用極大提高了單獨(dú)組分的催化性能。與傳統(tǒng)的Pt/C催化劑相比，該復(fù)合物在可見光照射下有著相似的起峰電位和電流密度，同時(shí)具有更高的穩(wěn)定性和抗甲醇能力。同時(shí)，磷含量的提高也能增強(qiáng)該復(fù)合物的電催化氧還原反應(yīng)的能力。
　?。?）通過在光照條件下的簡(jiǎn)單攪拌合成了磷酸鈷和磷摻雜碳點(diǎn)的復(fù)合物，通過SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman以及PL等方法表征了該復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和形貌特征，并應(yīng)用于催化水氧化（OER）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該復(fù)合物具有

6、很好的電催化活性，表現(xiàn)為較低的過電勢(shì)、大的電流密度以及較小的塔菲爾斜率。同時(shí)，磷摻雜碳點(diǎn)在磷酸鈷表面形成的保護(hù)層增強(qiáng)了該復(fù)合物的穩(wěn)定性。
　?。?）使用三苯基膦作為磷源，通過加熱的方法制備了磷摻雜活性炭，并運(yùn)用SEM、TEM、XRD、FT-IR和Raman等表征手段研究了磷摻雜活性炭的形貌和結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于催化 ORR。研究發(fā)現(xiàn)通過對(duì)原始活性炭的預(yù)處理，能提高磷元素在活性炭中的摻雜量。該磷摻雜活性炭在堿性條件下具有較正的起峰電位和