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原子层沉积法制备金属氧化物纳米材料及其性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 ALD简介

1.1.1 ALD的定义

1.1.2 ALD的原理

1.1.3 ALD的设备

1.2 ALD在超级电容器和锂离子电池领域的应用

1.3 ALD在催化领域的应用

1.4 ALD在其他领域的应用

1.5 选题依据及研究内容

第二章 原子层沉积法制备NiO/石墨烯及其超级电容器性能研究

2.1 前言

2.2 实验药品与仪器

2.2.1 实验药品

2.2.2 实验仪器

2.3 载体以及NiO/纳米多孔石墨烯复合材料的制备

2.3.1 氧化石墨烯(GO)水悬浮液的制备

2.3.2 纳米多孔石墨烯的制备

2.3.3 NiO/纳米多孔石墨烯复合材料的合成

2.4 表征及电化学测试

2.5 结果和讨论

2.5.1 材料的表征

2.5.2 电化学性质

2.6 小结

第三章 原子层沉积法制备VOx催化剂及其乙苯脱氢性能研究

3.1 引言

3.1.1 苯乙烯研究现状

3.1.2 乙苯脱氢的反应机理

3.2 实验药品与仪器

3.2.1 实验药品

3.2.2 实验仪器

3.3 催化剂制备

3.3.1 介孔氧化硅纳米管的合成

3.3.2 SbV/SiNT

3.3.3 浸渍法

3.4 催化活性测试

3.5 催化剂的表征

3.6 结果与讨论

3.6.1 TEM表征

3.6.2 XRD表征

3.6.3 催化剂组成对反应性能的影响

3.6.4 不同气氛对乙苯脱氢性能的影响

3.6.5 浸渍法制备的催化剂性能研究

3.6.6 原子层沉积和浸渍法制备的对比

3.7 小结

第四章 结论和建议

4.1 结论

4.2 建议

参考文献

致谢

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摘要

原子层沉积(Atomic layer deposition,ALD)是一种先进的薄膜沉积技术,具有薄膜生长厚度在原子级别精确可控、台阶覆盖性极佳、重复性好等优点,因而在纳米材料制备、催化及储能等领域具有广泛的应用前景。本论文利用ALD技术在多孔纳米材料表面沉积了尺寸和组成可控的NiO和VOx纳米颗粒,并分别对其电化学储能和催化性能进行了研究,主要研究工作如下:
  1.NiO/多孔石墨烯(NG)复合材料的ALD制备及其超级电容器性能研究
  由于氧化镍在理论上有较高的比电容(2573 F/g),成本低,使得它成为了很有前途的超级电容器的电极材料,然而它电子导电性低,稳定性差,限制了它的实际应用。为了克服这些限制因素,本论文采用ALD法制备了NiO/NG复合材料,并利用XRD、TEM、XPS以及拉曼光谱等手段对其进行分析,同时也对NiO/NG的超级电容器性能进行了研究。结果表明NiO的晶粒尺寸可以简单地通过调整ALD的沉积次数进行控制,NiO/NG的电化学性能与NiO纳米粒子的尺寸有很大的关系,沉积500循环得到的NiO/NG复合材料性能最优,在电流密度为1A/g时比电容高达1005 F/g。
  2.原子层沉积制备VOx负载催化剂及其催化乙苯氧化脱氢性能研究
  将CO2作为氧化剂引入到乙苯脱氢工艺中,不仅能充分利用CO2资源,而且还能降低反应能耗,是一条绿色化学途径。由于加入了CO2,它可以促进乙苯脱氢反应向右进行,从而使得乙苯转化率和苯乙烯收率均得到提高。本论文采用ALD技术,以介孔氧化硅纳米管(SiNT)为载体制备了一系列不同沉积次数及沉积方式的SiNT-SbV催化剂,并研究了其催化乙苯脱氢性能,结果表明,沉积顺序及组成对催化剂活性具有重要影响,在550℃反应温度下,50 mg SiNT-Sb5V50催化剂的乙苯转化率达到了31.15%,苯乙烯的选择性>98%。同时,催化剂失活现象比较严重,可能是由于反应过程中产生了积碳,还有一部分钒从高价态变为低价态等所致。

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