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类号______________________________ 密级______________________________ ＵＤＣ______________________________ 编号______________________________硕士学位论文石墨烯负载PdM、PtM金属间化合物的控制合成及其电催化性能研究学位申请人：韩奎学科专业：分析化学指导教师：郑龙珍教授答辩委员会主席：答辩日期：华东交通大学2013届硕士学位论文石墨烯负载PdM 、PtM 金属间化合物的控制合成及其电催化性能研究基础科学学院韩奎独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。
学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。
本人签名____________导师签名__________摘要石墨烯负载PdM、PtM金属间化合物的控制合成及其电催化性能研究摘要本文主要通过制备不同贵金属的金属间化合物/石墨烯复合材料，提高它们对氧气还原反应和乙醇氧化反应的电催化性能。
主要含有以下三部分内容：1.采用热处理法合成GR-Pd x M y（M=Fe和Co）金属间化合物催化剂。
通过化学腐蚀法对金属间化合物催化剂进行脱合金处理，比较酸处理过程对催化剂的影响。
GR-Pd x Fe y的最佳摩尔比是1/3，它脱合金处理后电催化氧气还原反应的电流密度是处理前的2倍，是商用Pt/C催化剂的5倍。
燃料电池系统中石墨烯材料的应用燃料电池技术作为一种清洁能源技术，具有高效、环保、可再生等优势，在解决能源问题和减少环境污染方面具有重要意义。
石墨烯作为一种新兴的碳基材料，在燃料电池系统中的应用备受关注。
石墨烯具有优异的导电性、导热性和化学稳定性，因此在改善燃料电池系统性能、提高能量转化效率方面具有巨大潜力。
本文将深入探讨石墨烯在燃料电池系统中的应用现状和未来发展，以期为相关研究和实际应用提供参考。
一、燃料电池系统的基本原理和结构燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，其基本原理是通过氧化剂与还原剂的化学反应，在两电极之间产生电流。
燃料电池系统主要由阳极、阴极、电解质和电解质膜四部分组成。
在正极氧还原反应中，氧气在阳极与氢离子发生还原反应，而在负极的氢氧化反应中，燃料（如氢气）在阴极与氧气发生氧化反应，从而释放电子并形成电流。
二、石墨烯材料的基本特性和优势石墨烯是一种由碳原子单层组成的二维晶体材料，具有出色的导电性、导热性和机械性能。
其独特的结构和性质使其在能源领域、电子器件、传感器等方面具有广泛应用前景。
与传统材料相比，石墨烯具有更高的比表面积和更优异的电化学性能，能够提高燃料电池系统的效率和稳定性。
三、石墨烯在燃料电池系统中的应用研究现状1. 石墨烯作为电极材料的应用研究石墨烯作为一种优异的导电材料，被广泛应用于燃料电池系统的阳极和阴极材料中。
研究表明，石墨烯能够提高电极的导电性和反应活性，促进氧化还原反应的进行，从而提高燃料电池的输出功率和稳定性。
同时，石墨烯具有优异的化学稳定性和抗腐蚀性，能够延长电极的使用寿命和减少能源损耗。
2. 石墨烯基复合材料在电解质膜中的应用研究电解质膜是燃料电池系统中的关键组件，直接影响电池的性能和稳定性。
石墨烯基复合材料由于其优异的导电性和机械强度，被广泛用于改善电解质膜的导电性和抗拉伸性能。
研究表明，石墨烯基复合材料能够降低电解质膜的电阻、提高传输效率，从而提高燃料电池系统的能量转化效率和稳定性。
石墨烯材料在催化反应中的应用研究引言催化反应是化学反应中一种重要的方法，能够加速反应速率并提高产率。
近年来，石墨烯材料作为一种新型催化剂材料，其独特的结构和优异的性能引起了人们的广泛关注。
本文将就石墨烯材料在催化反应中的应用研究进行探讨。
一、石墨烯材料的特性石墨烯是由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有高度结构化和特殊的电子结构。
首先，石墨烯具有超大的比表面积，每克表面积可达到2630平方米，有利于催化反应中的反应物吸附和扩散。
其次，石墨烯具有优异的导电性和导热性，能够促进电子传输和热量传导，从而提高催化反应的效率。
此外，石墨烯还具有良好的机械性能和化学稳定性，使其能够在复杂的催化条件下保持稳定。
二、石墨烯材料在催化反应中的应用1. 氧还原反应催化剂氧还原反应是许多重要电化学设备和能源转换系统中的关键过程。
传统的氧还原反应催化剂主要基于贵金属，如铂、金等。
然而，贵金属资源有限，价格昂贵，限制了其应用范围。
石墨烯作为一种新型催化剂材料，具有良好的催化活性和稳定性，能够作为代替贵金属催化剂的有力候选者。
研究表明，石墨烯材料可以用于制备氧还原反应催化剂，并在燃料电池等领域中展现出良好的应用前景。
2. 氢气催化剂氢气催化剂在化工领域有着广泛的应用，可以用于氢气的制备、氢化反应和催化加氢反应等。
石墨烯材料作为一种具有优异电催化活性的材料，能够作为新型氢气催化剂。
研究表明，通过调控石墨烯的结构和表面改性，可以进一步提高其催化活性和选择性，实现高效的氢气催化转化。
3. 有机合成催化剂石墨烯材料在有机合成催化剂中也有着广泛的应用前景。
其高度结构化的特性和大的比表面积能够提供充足的反应活性位点，有利于反应物吸附和催化反应发生。
此外，石墨烯材料还具有调控合成产物立体结构和手性选择性的能力，对于合成复杂有机分子具有重要意义。
4. 废水处理催化剂废水处理是环境保护领域中的重要问题，对于废水中的有害物质进行高效催化降解是一种有效的处理方法。
石墨烯聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能一、本文概述本文旨在探讨石墨烯聚苯胺复合材料的制备工艺及其电化学性能。
石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，因其出色的电导性、高比表面积和良好的化学稳定性，在电化学领域具有广泛的应用前景。
聚苯胺，作为一种导电聚合物，具有良好的电化学活性和环境稳定性。
将石墨烯与聚苯胺复合，可以充分发挥两者的优势，提高复合材料的电化学性能。
本文将首先介绍石墨烯和聚苯胺的基本性质，然后详细阐述石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位聚合法等。
随后，通过对制备的复合材料进行结构表征和电化学性能测试，分析其电化学性能的影响因素及优化条件。
本文还将讨论石墨烯聚苯胺复合材料在超级电容器、锂离子电池等电化学器件中的应用潜力，并展望其未来的发展前景。
通过本文的研究，旨在为石墨烯聚苯胺复合材料的制备和应用提供理论支持和实践指导，推动其在电化学领域的广泛应用。
二、石墨烯聚苯胺复合材料的制备方法石墨烯聚苯胺复合材料的制备是一个融合了化学合成和纳米材料制备技术的复杂过程。
这种方法的关键步骤包括石墨烯的制备、聚苯胺的合成以及两者的复合。
我们需要制备高质量的石墨烯。
这通常通过化学气相沉积（CVD）法、氧化还原法或剥离法实现。
其中，氧化还原法是最常用的一种方法，它通过将天然石墨与强氧化剂反应，生成氧化石墨，再经过热还原或化学还原得到石墨烯。
接下来，我们合成聚苯胺。
聚苯胺的合成通常通过化学氧化聚合法进行，如使用过硫酸铵作为氧化剂，在酸性条件下将苯胺单体氧化聚合，生成聚苯胺。
制备石墨烯聚苯胺复合材料的核心步骤是将石墨烯和聚苯胺进行有效复合。
这可以通过溶液混合法、原位聚合法或熔融共混法实现。
其中，溶液混合法是最常用的一种方法。
将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后加入聚苯胺溶液，通过搅拌或超声处理使两者充分混合。
随后，通过蒸发溶剂或热处理使复合材料固化。
为了进一步提高复合材料的性能，我们还可以在制备过程中引入其他添加剂或进行后处理。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第1期·168·化 工 进展石墨烯、3D 石墨烯及其复合材料的研究进展刘霞平，王会才，孙强，杨继斌（天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300387）摘要：石墨烯是由单层碳原子紧密堆叠而成的蜂窝状材料，具有比表面积大、传热性能好、导电能力强等优点，普遍应用于各个领域。
但由于石墨烯使用过程中易团聚，导致其应用领域受限。
石墨烯组装而成的3D 石墨烯拥有更大的活性表面积等特性，近年来引发密切关注。
与此同时，石墨烯、3D 石墨烯改性成为当前探究的焦点。
本文在介绍石墨烯、3D 石墨烯的结构、性能及石墨烯制备的基础上，总结了3种复合材料的主要制备途径，并且分析了其合成方法的利弊。
重点探讨了它们在锂离子电池、燃料电池的电化学催化剂及传感器中的应用，简述了复合材料优良性能产生的机理。
提出在掺杂改性中应注意各元素掺杂量、掺杂比例、掺杂位点的确定等问题。
最后指出了石墨烯、3D 石墨烯及其复合材料的制备还面临不稳定、无法大规模生产、导电率低的瓶颈并对其在固态金属锂电池、透明电池、吸附材料等领域的发展前景做了展望。
关键词：石墨烯；3D 石墨烯；改性；团聚；复合材料中图分类号：TB33 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0168–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0838Research progress of graphene and 3D graphene compositesLIU Xiaping ，WANG Huicai ，SUN Qiang ，YANG Jibin（School of Environmental and Chemistry Engineering ，Tianjin Polytechnic University ，Tianjin 300387，China ）Abstract: Graphene is a honeycomb material composed of a flat monolayer of tightly packed carbonatoms. It has large surface area ，good heat transfer performance ，and excellent conductivity ，and therefore is widely used in various fields. However ，graphene is easy to aggregate ，which greatly limits its applications. In recent years ，the graphene assembled 3D graphene has attracted lots of attention because of its large active surface area and other good characteristics. At the same time ，the modifications of graphene and 3D graphene have become the focus of current research. This paper introduced the structure and properties of graphene and 3D graphene and the preparation of graphene ，and then summarized the main preparation methods of three kinds of composites ，followed by the analysis of the advantages and disadvantages of the synthesis method. Special emphasis was devoted to their applications in lithium ion batteries ，electrochemical catalysts of fuel cells and sensors. The mechanism of the excellent performance of composite materials was briefly introduced. It is suggested that the doping amount ，doping ratio and the doping sites are key factors in the doping modification. Finally ，it was pointed out that the preparation of graphene and 3D graphene composites is also facing bottlenecks of instability ，unable to prepare in large scale and low conductivity. Finally ，its prospects in the development of solid metal lithium batteries ，transparent batteries ，adsorption materials and other fields were also discussed. Key words ：graphene ；3D graphene ；modification ；agglomeration ；composites@ 。
石墨烯复合材料应用研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的物理、化学和电子性能，引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯具有出色的电导性、热导性、力学性能和化学稳定性，因此在诸多领域具有广阔的应用前景。
随着科技的进步，石墨烯已不再是单一使用的材料，而是逐渐与其他材料复合，形成石墨烯复合材料，以进一步拓展其应用范围和提升性能。
本文旨在对石墨烯复合材料的应用研究进展进行系统的梳理和总结。
我们将首先概述石墨烯及其复合材料的基本性质，然后分析石墨烯复合材料在能源、环境、生物医学、电子信息等领域的最新研究进展，探讨其实际应用中所面临的挑战和解决方案。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解石墨烯复合材料应用研究的平台，为未来的科研工作和产业发展提供有益的参考。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质，在能源、环境、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。
而制备方法的选择和优化对于实现石墨烯复合材料的优良性能和应用潜力至关重要。
目前，石墨烯复合材料的制备方法主要包括溶液混合法、原位生长法、熔融共混法以及气相沉积法等。
溶液混合法是最常见且简单的制备石墨烯复合材料的方法之一。
通过将石墨烯粉末或溶液与基体材料溶液混合，再利用超声、搅拌等手段使其均匀分散，最后通过干燥、热处理等步骤得到复合材料。
这种方法操作简单，但需要注意的是石墨烯在溶液中的分散性和稳定性。
原位生长法是通过在基体材料表面或内部直接生长石墨烯纳米片的方法。
通常利用化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在基体材料表面引入碳源，在高温条件下使其分解并生成石墨烯。
这种方法制备的石墨烯与基体材料结合紧密，但制备过程相对复杂，成本较高。
熔融共混法是将石墨烯与熔融状态的基体材料混合，通过剪切力使石墨烯均匀分散在基体材料中。
这种方法适用于高温熔融的聚合物基体材料，制备得到的石墨烯复合材料具有较好的机械性能和热稳定性。
石墨烯用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体朱艳霞;韩大量;黄成德【摘要】直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂是决定电池性能、寿命和成本的关键材料之一。
近年来人们主要从提高催化剂活性和降低催化剂成本两个方面出发进行了大量的研究，有力地推动了直接甲醇燃料电池的发展。
石墨烯作为一种载体材料能够显著提高催化剂的催化活性和稳定性，引起了人们极大的兴趣。
介绍了近几年石墨烯在直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体的进展，并对其在未来的应用进行了展望。
%Anode catalyst is one of the key materials determining the performance, longevity and cost of direct methanol fuel cell(DMFC). In recent years, extensive researches effectively promoting the development of DMFC are carried out, and these researches are mainly about two aspects:the activity improvement of catalyst and lowering the cost of catalyst. Graphene as a new carbon material can significantly improve the activity and stability of the catalyst. The research progress of modified graphene as anode catalyst of DMFC in recent years was reviewed and the application in the future was prospected.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P769-771)【关键词】DMFC;阳极催化剂;石墨烯【作者】朱艳霞;韩大量;黄成德【作者单位】天津大学化工学院，天津300072;天津大学化工学院，天津300072;天津大学化工学院，天津300072【正文语种】中文【中图分类】TM911直接甲醇燃料电池具有能量转化效率高，可靠性强，能量密度高，清洁，易启动，无噪音，低辐射，隐蔽性强，模块化结构，灵活方便，可水、电、热联供等优点，具有广泛的应用前景。
电催化剂在燃料电池中的应用研究燃料电池作为一种清洁高效的能源转换技术，在当今世界日益紧张的能源问题下备受关注。
然而，燃料电池的应用仍面临许多挑战，其中之一便是寻找高效的电催化剂。
本文将探讨电催化剂在燃料电池中的应用研究，并介绍一些已取得的成果和未来的发展方向。
电催化剂是燃料电池中的关键元素，它能够促使燃料电池中的氧化还原反应发生，从而释放出电子和离子，并产生电能。
传统的电催化剂常使用贵金属，如铂、钯等，由于其活性高且稳定性好，但价格昂贵限制了燃料电池的商业应用。
因此，研究人员一直致力于开发替代的非贵金属电催化剂，以降低燃料电池的成本。
近年来，许多研究表明过渡金属化合物是潜在的电催化剂替代品。
这些化合物具有丰富的电子结构和催化活性，可以在燃料电池中实现高效的氧还原反应。
例如，钴、铁、镍等过渡金属化合物被广泛研究，其中以钴基电催化剂的发展最为突出。
研究人员发现钴基电催化剂具有良好的催化活性和稳定性，尤其对于甲醇、乙醇等低碳氢化合物具有较高的电催化性能。
这使得使用钴基电催化剂的燃料电池成为可能。
然而，钴基电催化剂仍存在一些问题亟待解决。
首先，其催化活性还不及贵金属催化剂。
因此，研究人员通过调控钴基催化剂的结构和形貌，以提高其催化性能。
例如，利用纳米材料的合成技术，可以制备出具有丰富活性位点的纳米结构电催化剂，提高其催化活性。
其次，钴基电催化剂的稳定性有待改善。
在长时间运行过程中，钴基电催化剂容易受到腐蚀和失活。
因此，研究人员正在寻找改进材料和跨界合作的方法，以提高钴基电催化剂的稳定性。
除了过渡金属化合物，碳材料也是另一种潜在的电催化剂替代品。
碳材料具有丰富的孔隙结构和电子结构，能够提供大量的反应活性位点。
石墨烯和碳纳米管等碳材料被广泛研究，其催化活性逐渐接近贵金属催化剂。
此外，通过掺杂其他元素，如氮、硫等，可以进一步改善碳材料的催化活性。
碳材料作为电催化剂的优势在于低成本、丰富资源和环境友好，有望成为燃料电池应用的主流选择。
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能研究石墨烯是一种具有单层碳原子构成的二维材料，因其优良的导电性、热传导性和机械性能，在电池领域中具有广泛的应用前景。
石墨烯在电池中的应用主要包括锂离子电池、超级电容器和燃料电池等。
同时，研究石墨烯的电化学性能也是电池领域中的重要课题。
在石墨烯在电池中的应用方面，首先对石墨烯的质量和结构进行要求。
高质量的石墨烯是实现其优良电化学性能的基础，因此制备石墨烯的方法和材料选择十分重要。
传统的制备方法包括机械剥离、化学气相沉积和化学氧化还原等，然而这些方法往往存在着设备昂贵、工艺复杂和低产率的问题。
因此，寻找新的高效制备石墨烯的方法是一个研究热点。
同时，控制石墨烯的结构也是提高其电池性能的关键。
石墨烯的层数、形状和缺陷等结构特征都会影响其电化学性能，因此在石墨烯的制备过程中需要精确控制其结构。
其次，对石墨烯在电池中的性能进行要求。
石墨烯的优良导电性能使其成为一种理想的电极材料。
在锂离子电池中，石墨烯可以作为负极材料，具有高容量、长循环寿命和较低的电化学反应动力学等优势。
在超级电容器中，石墨烯的高表面积和优良导电性能有助于提高能量密度和功率密度。
在燃料电池中，石墨烯可以作为催化剂载体，提高催化剂的活性和稳定性。
因此，石墨烯在电池中的性能要求包括较高的比容量、良好的循环寿命和较低的电化学反应动力学。
最后，研究石墨烯的电化学性能是提高其在电池中应用的关键。
石墨烯的电化学性能主要包括离子和电子传导性能、比电容/容量和循环稳定性等。
离子和电子传导性能是石墨烯在电池中发挥优良性能的基础，可以通过表面修饰和组装等方法来提高。
比电容/容量是评价电池性能的重要指标，可以通过控制石墨烯的结构和表面官能团等方法来实现。
循环稳定性是评价电池循环寿命的主要指标，可以通过控制石墨烯的缺陷和结构稳定性等方法来提高。
综上所述，石墨烯在电池中的应用要求和电化学性能研究是电池领域中的热点课题。
通过对石墨烯质量和结构的精确控制，进一步研究石墨烯的电化学性能，有望实现石墨烯在电池领域中的广泛应用，为推动电池技术的发展做出重要贡献。
