硫化钴镍纳米线三维石墨烯复合材料的制备及性能研究的开题报告.docx

硫化钴镍纳米线三维石墨烯复合材料的制备及性能研究的开题报告
一、选题的背景和意义
随着现代科学技术的发展及其在各个领域中的广泛应用，传统材料逐渐难以满足人们研究和应用需求。因此，在不断推进材料科学的发展的同时，新型纳米材料的研究和应用已经成为一个备受关注的研究领域。硫化钴镍合金具有优异的电化学性能和良好的催化活性，能够在许多应用中发挥重要作用，比如能源存储、化学催化、传感器和生物医学等领域。石墨烯由于其优良的电、热导和机械性能，也被广泛研究和应用。因此，将硫化钴镍纳米线与石墨烯复合制备成三维纳米材料，其理化性能有望得到进一步的提高，将会在许多领域中得到广泛应用。
二、研究的目的和内容
本课题旨在制备硫化钴镍纳米线与石墨烯复合的三维纳米材料，并对其进行结构表征及性能分析，以期可以得到具有优异电化学性能的复合材料。
具体研究内容包括以下几个方面：
1.采用化学共还原法制备硫化钴镍纳米线；
2.采用水热法制备石墨烯氧化物；
3.采用还原法将石墨烯氧化物还原成石墨烯；
4.利用电化学法将硫化钴镍纳米线和石墨烯复合成三维纳米材料；
5.对所得到的材料进行结构表征，包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等表征方法进行材料结构的表征；
6.利用电化学方法（含循环伏安法以及交流阻抗法）研究复合材料的电化学性能；
7.结合表征结果和电化学性能研究复合材料优异性能的机理。
三、研究的方法和步骤
1.合成硫化钴镍纳米线。本课题实验将采取较为常规的沉淀法合成硫化钴镍纳米线。首先，将一定量的硫酸钴、硫酸镍和硫脲加入去离子水中，并加入一定量的尿素作为还原剂，并进行超声处理。然后，将得到的混合溶液转移到高压反应釜中，在高温下进行试验，最后用洗涤和干燥的方法获得硫化钴镍纳米线。
2.合成石墨烯氧化物。石墨烯氧化物的制备一般采用的是Hummers(Marcano)方法。将石墨在浓硫酸、亚硝酸和稀盐酸的混合物中进行强烈的氧化反应，加入硝基化合物氯铜和氯化钠，再加入水稀释，冻干去除水分，最后用硝基化合物乙酰苯胺还原至石墨烯氧化物。
3.还原石墨烯。将所得的石墨烯氧化物与还原剂，如羟基氨、氢气或还原乙醇和2-propanol等进行还原，可以得到还原后的石墨烯。
4.将硫化钴镍纳米线和石墨烯复合成三维纳米材料。将所得的硫化钴镍纳米线和石墨烯混合悬浮液，利用电化学法进行复合，即将复合材料在设定电位下沉淀到基底上，并进行清洗和干燥处理。
5.对所得到的材料进行结构表征。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱等一系列表征方法进行材料结构的表征。
6.电化学性能测试。利用循环伏安法和交流阻抗法等电化学方法测量复合材料的电化学性能。
7.机理分析。利用多种表征与测试结果综合分析得到的结论，探究复合材料优异性能的机理。
四、研究的预期成果
本课题预期获得硫化钴镍纳米线与石墨烯复合的三维纳米材料，并通过实验测试方法对其进行表征和测试，得到一系列结论。预期得到的主要成果包括：
1.成功制备出硫化钴镍纳米线和石墨烯复合的三维纳米材料；
2.研究材料的结构和晶体形貌，得到合成材料的基本特性；
3.测试合成材料的电化学性能，包括电容性能和电催化性能；
4.研究合成材料的优异性能机理，揭示优异性能的原因。
五、研究的重要性和意义
本课题的研究重要性和意义如下：
1.学术价值。本课题采用化学法合成硫化钴镍纳米线，以及采用水热法合成石墨烯氧化物，以及利用还原法还原石墨烯的方法，进而采用电化学法将硫化钴镍纳米线和石墨烯复合成三维纳米材料，系统研究材料的制备方法、结构表征和电化学性能等方面，对纳米材料的制备和性能研究具有一定的学术价值。
2.应用价值。成功制备出硫化钴镍纳米线与石墨烯复合的三维纳米材料，在电化学领域具有应用前景，可以在超级电容器、储能材料、催化剂、传感器和生物医学等领域中得到广泛应用。