脫鹵反應(yīng)制備新型碳材料及其析氫性能研究.pdf

1、碳元素因其獨(dú)特的電子軌道特性使得其具有非常多樣的成鍵雜化形式，因此碳元素可以構(gòu)建從零維到三維性能各異的材料。近年來，制備碳材料的方法層出不窮，同時(shí)其性能的研究，尤其是在能源相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究越來越多。針對(duì)碳材料硬度、光學(xué)特性、導(dǎo)電性、表面與界面特性等方面的優(yōu)異性能，該論文通過對(duì)含鹵素碳源在各種不同條件下的堿性脫鹵反應(yīng)來制備新型碳納米材料，并對(duì)其電子結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了一定的研究，同時(shí)也通過第一性原理研究了室溫堿性脫鹵反應(yīng)的機(jī)理。主要工作如下

2、:
　　1.通過密度泛函理論研究室溫強(qiáng)堿脫鹵反應(yīng)機(jī)理。在室溫下通過強(qiáng)堿性脫鹵反應(yīng)制備碳材料，以高度鹵化的高分子材料PVDC為碳源，通過手動(dòng)研磨即可完成碳化，且部分未環(huán)化的碳位點(diǎn)有著較高的活性，可與雜原子建立連接來實(shí)現(xiàn)摻雜碳材料的制備。我們通過2，2-二氯丁烷來代替長鏈PVDC，通過高斯軟件模擬PVDC的脫氯及摻雜機(jī)理。計(jì)算結(jié)果表明，在室溫下PVDC在堿性作用下分兩步脫鹵，其能壘分別為1.38kcal/mol和11.69kcal/m

3、ol。我們用NH3來模擬雜原子摻雜，其反應(yīng)能壘為36.99kcal/mol。
　　2.利用脫鹵反應(yīng)將NP成功摻入碳鏈中并焙燒得到NP摻雜C3N4。利用溶劑熱法使六氯環(huán)三磷腈與三聚氰胺在一定條件下發(fā)生脫鹵反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)制備NP摻雜的碳材料，通過高溫煅燒來實(shí)現(xiàn)其光電催化分解水析氫的目的。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)NP摻雜使C3N4帶隙變小，光譜響應(yīng)范圍增加，載流子傳輸速率增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明NP摻雜C3N4相對(duì)于純氮化碳，其光響應(yīng)電流大幅度提升，帶隙