掺杂碳结构的合成特性及应用

本博士论文重点研究新型碳材料的开发、表征以及在储能和水净化中的应用。本研究的具体目标如下：(1)开发制造具有类似石墨烯结构的碳材料的方法，从廉价且可再生的基于生物质的前体，(2)通过掺杂改善碳纳米材料的性能和(3)研究这些材料在能量储存和水净化中的适用性。

用于合成结晶碳纳米材料的源自生物质的前体是大麦秸秆和蔗糖。此外，用于 SiC/C 合成的纳米结构 SNO 2是从大麦壳中提取的。掺杂是一种在主体材料结构上引入添加剂的过程，用于改善所需应用的碳结构性能。此外，该研究提供了对材料形成的更深入了解：以下掺杂碳材料的晶相、尺寸、形状和团聚状态：金纳米颗粒/碳纳米花 (AuNP/CNF) 复合材料、碳包覆硅纳米颗粒(Si@C) ，石墨覆盖碳化硅(SiC@graphite)和铁嵌入石墨烯(Fe/graphene)。

据观察，感应退火是一种有用的技术，可以在从无定形碳的 1000°C 到石墨碳的 2400°C 的大温度范围内修改材料特性并获得高产率。此外，当使用感应退火时，纳米结构的 SiC/C 与额外的碳结合被发现是一种可行的石墨烯类碳生长材料。额外碳的存在似乎不会干扰类石墨烯碳的形成。

合成的 Si@C 作为锂离子电池的负极材料进行了测试。由于硅上的碳涂层，它表现出改善的充电/放电循环稳定性。测试了铁掺杂石墨烯作为从水性介质中去除四环素的吸附剂的适用性。该材料的四环素初始吸附量为 442 mg g-1，由于复合材料的自再生能力，吸附量进一步增加到 660 mg g-1。

2021 年 6 月 4 日中午 12 点，芬兰科学与林业学院将在库奥皮奥校区 Tietoteknia 礼堂对 Arūnas Meščeriakovas 理学硕士博士论文“掺杂碳结构的合成、特性和应用”进行审查。

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