基于細(xì)菌模板和靜電噴霧沉積制備納米復(fù)合材料及其應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，在能源安全與環(huán)境安全等領(lǐng)域出現(xiàn)了日益嚴(yán)峻的問(wèn)題，人們一直在致力于解決這些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，并研究開(kāi)發(fā)新的材料與技術(shù)用于能源存儲(chǔ)和高性能傳感器。隨著人們對(duì)材料的要求越來(lái)越高，單一組分、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的納米材料往往不能滿(mǎn)足人們要求，因此高性能、具有特殊結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料受到了越來(lái)越多的關(guān)注。雖然納米復(fù)合材料擁有優(yōu)異的的性能，但是其研究尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，低成本、規(guī)?；苽浼{米復(fù)合材料依然是一個(gè)世界性難題。改進(jìn)制備工藝、采用廉價(jià)的原材料對(duì)于控制產(chǎn)物

2、的結(jié)構(gòu)以及降低合成成本有著重要的意義。鑒于此，本論文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組分優(yōu)化的角度出發(fā)，探索采用廉價(jià)的生物體-細(xì)菌作為模板制備納米復(fù)合材料，并嘗試使用操作簡(jiǎn)單、易規(guī)?；撵o電噴霧沉積技術(shù)制備結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)異的金屬氧化物（金屬硫化物）/還原的氧化石墨烯納米復(fù)合材料。在本論文中，我們做了以下幾個(gè)方面的研究工作:
　?。?）以酵母菌為模板，采用控制沉淀法制備了Co3O4修飾的ZnO中空球，其中四氧化三鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為4％。所得中空球基本復(fù)

3、制了酵母菌的形貌，球壁厚約100 nm，由粒徑約20 nm的小顆粒組成。我們進(jìn)一步研究了所制備中空球?qū)Ρ臍饷粜阅?。和純ZnO中空球相比，Co3O4修飾ZnO中空球?qū)τ卸練怏w丙酮展示出了更高的靈敏度和更快的響應(yīng)與恢復(fù)。Co3O4修飾的ZnO中空球優(yōu)異的氣敏性能一方面取決于其獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)便于氣體在敏感材料表面快速的擴(kuò)散；另一方面是由于p型四氧化三鈷修飾n型氧化鋅，形成p-n結(jié)，這種結(jié)構(gòu)能顯著提高材料的氣敏性能。
　?。?

4、）探索利用靜電噴霧沉積技術(shù)，采用一步合成策略在集流體上直接制備層狀氧化鎳（NiO）/還原的氧化石墨烯(rGO)納米復(fù)合材料。我們使用乙酸鎳/氧化石墨烯混合溶液作為前驅(qū)體，利用靜電噴霧沉積技術(shù)將復(fù)合材料直接沉積在集流體上，在沉積的過(guò)程中對(duì)集流體加熱以分解乙酸鎳并還原氧化石墨烯，從而制得NiO/rGO納米復(fù)合材料層層堆積而得的薄膜電極。在電化學(xué)測(cè)試中，NiO/rGO復(fù)合材料表現(xiàn)出了較高的比電容和良好的循環(huán)性能。我們?cè)谥苽潆姌O的過(guò)程中避免使用

5、不導(dǎo)電的粘結(jié)劑，使大部分活性材料保持了良好的電化學(xué)活性。
　?。?）探索利用靜電噴霧沉積技術(shù)，采用兩步合成策略制備Mn3O4/rGO柔性電極。首先，采用還原高錳酸鉀的方法制備Mn3O4片組裝而成的小球；然后，將Mn3O4與GO混合溶液作為前驅(qū)體，利用靜電噴霧沉積技術(shù)將復(fù)合材料直接沉積在碳布上，在加熱條件下，氧化石墨烯被還原為rGO。我們對(duì)比了傳統(tǒng)涂布法制備的柔性電極（CG）和靜電噴霧沉積法制備的柔性電極(GM)的電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)G

6、M的克容量和循環(huán)穩(wěn)定性要優(yōu)于CG。在GM電極中，活性材料與集流體接觸更加牢固，并有一定的韌性，在反復(fù)彎曲時(shí)活性材料仍能與集流體充分接觸。而CG電極在彎曲時(shí)，活性材料碎裂并發(fā)生脫落，導(dǎo)致容量損失。
　　（4）探索采用靜電噴霧技術(shù)制備金屬硫化物-還原的氧化石墨烯納米復(fù)合材料。我們采用兩步合成策略，運(yùn)用靜電噴霧沉積技術(shù)成功制備了細(xì)菌插層的Ni3S2/rGO。直徑約10 nm的Ni3S2小顆粒均勻分布在rGO層上，rGO一方面作為載體，可