基于芯能級X射線譜學(xué)的碳納米材料的電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、納米材料由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在催化、微電子器件、能源轉(zhuǎn)化與儲存以及靈敏傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的潛在應(yīng)用。而碳基材料及其復(fù)合材料的研究因其特有的性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用更是近來人們關(guān)注的焦點(diǎn)。而在碳納米材料走向?qū)嶋H應(yīng)用的過程中，對其進(jìn)行相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)的理解和調(diào)制是非常關(guān)鍵的一步。因此，對碳材料以及復(fù)合材料電子結(jié)構(gòu)的研究具有非常重要的基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用意義。
　　本論文利用內(nèi)殼層能級譜學(xué)，包括X射線吸收譜和X射線發(fā)射譜對可被

2、用于能量儲存或轉(zhuǎn)化的碳納米籠、石墨烯基復(fù)合材料進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，展示了X射線吸收譜和X射線發(fā)射譜在碳納米材料結(jié)構(gòu)表征和機(jī)理研究中的特殊功能。本論文內(nèi)容包括：
　　(1)通過X射線吸收譜和發(fā)射譜對碳納米籠和氮摻雜或磷摻雜的碳納米籠進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。吸收譜表明這種碳納米結(jié)構(gòu)的外壁具有與石墨相類似的結(jié)構(gòu)，結(jié)合發(fā)射譜，我們獲知：N摻雜使得這種石墨結(jié)構(gòu)變的比較無序，而P摻雜反而更易獲得更好有序的石墨型碳納米籠，另外，這種碳納米籠具有半金屬性

3、質(zhì)。
　　(2)利用X射線吸收譜對不同溫度條件生長的氮摻雜碳納米籠進(jìn)行了系統(tǒng)表征。結(jié)果表明碳納米籠中主要存在三種N摻雜結(jié)構(gòu):吡啶型、吡咯型和石墨型。N摻雜類型具有與溫度明顯的對應(yīng)關(guān)系，高溫下，吡啶型N或吡咯型N會(huì)向石墨型N轉(zhuǎn)化。同時(shí)結(jié)合這些氮摻雜碳納米籠的ORR催化性質(zhì)，我們可以找到N摻雜類型對催化活性的影響。
　　(3)利用 X射線吸收譜技術(shù)研究了不同比例的原料合成的 MnOx@GO復(fù)合材料。吸收譜結(jié)果清楚地給出了不同比例

4、復(fù)合材料中Mn的價(jià)態(tài)和化學(xué)鍵信息以及電子結(jié)構(gòu)信息。MnOx@GO中Mn的價(jià)態(tài)隨著C：Mn比改變，當(dāng)石墨比例較大時(shí)，有低價(jià)態(tài)的Mn的氧化物存在，而當(dāng)KMnO4較多是，基本都是以MnO2形式存在。O的吸收譜也揭示了GO中氧基團(tuán)能夠調(diào)控MnOx的導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)。
　　(4)同時(shí)我們得到了鋰電池陽極材料RGO-Fe3O4的X射線吸收譜和X射線發(fā)射譜，RGO在電極循環(huán)中的作用。對比研究了不同循環(huán)次數(shù)的電極材料，我們得知鋰電池容量降低的原因可能是R