关键词： 石墨烯量子点   硅量子点   钯纳米材料  

摘要： 第一章：绪论。对量子点的性质、制备方法、功能性修饰及表征做了简要概述；随后,着重对石墨烯量子点、硅量子点的制备和应用进行了叙述,并对贵金属钯纳米材料进行了描述；最后,对本论文的立体背景、研究内容以及创新点进行了概括性综述。第二章：石墨烯量子点的制备及应用。以柠檬酸和NaOH作原料,采用一步熔融法合成了石墨烯量子点。随后,使用交联剂EDS和NHS将其与1,6-己二胺结合,得到了氨基化的石墨烯量子点,通过紫外-可见光谱和荧光光谱对其进行表征。利用氨基化的石墨烯量子点对对苯二酚进行了荧光检测,线性范围为1.0×10-7～5.0×10-6mol/L,检测限为4.2×10-9mol/L。第三章：石墨烯量子点/钯纳米材料的制备及应用。本章以氨基化石墨烯量子点作为支撑材料,制备了石墨烯量子点/钯纳米复合材料,并通过红外光谱、透射电镜和电化学对其进行了表征。利用此材料对甲酸进行了电化学检测,测得氧化峰电流与甲酸浓度在一定范围内呈线性关系,其线性方程为：Ip(A)=3×10-5+0.0696 C (mol/L),线性范围为：3×10-3～10-2mol/L。第四章：采用微乳法制备了烯丙胺修饰的硅量子点。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和红外光谱对其光学性能进行了表征,通过透射电镜对其形貌进行了表征,测得其荧光量子产率为10.06%,荧光寿命为τ1=3.1982 ns,τ2=12.4527 ns。第五章：硅量子点及硅量子点／钯纳米材料的应用。依据硅量子点的光学性质,并首次制备了硅量子点支撑钯纳米粒子材料。我们通过量子点的浓度实现了钯纳米粒子形貌和尺寸的有效控制。结果表明我们制备的钯纳米材料具有较好的分散性,在有机催化和能源转化领域具有潜在的应用价值。并利用烯丙胺修饰的硅量子点对葡萄糖进行了检测,其线性范围为1.0×10-4～6.0×10-3 mol/L。第六章,结论和展望。对本论文所做的工作和下一步计划进行了总结,对本课题的前景做了概括。

关键词： 氧化石墨烯   CdTe/CdS量子点   石墨烯-量子点复合材料   铜离子检测  

摘要： 石墨烯(Graphene)是一种由碳原子组成六角型呈峰窝状的单层片状结构的二维新材料,具有优异的光学和电学性能。基于石墨烯的纳米复合材料,包括固定在石墨烯上的量子点、金纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒等,在太阳能电池、传感器、光催化和三极管中得到广泛的应用。半导体量子点具有量子尺寸效应好、荧光量子产量高、激发谱线宽和发射谱线窄等优点,可以作为太阳能电池的有源层。量子点太阳能电池的性质取决于敏化剂加载过程中光电子在量子点网络中传输引起的固有损失,而电子在量子点薄膜中的传输过程是随机的在量子点相邻轨道之间的多次电子转移跃迁,这一过程往往由于电子重组或者被束缚而影响太阳能电池的能量转变效率。石墨烯大的比表面积以及优越的电子传输能力,成为在量子点薄膜中最佳传输电子的材料,当石墨烯与量子点复合时,激发电子可以跃迁到石墨烯上到达电极形成有效电流,减小了激发电子在量子点网络传输中的重组和被束缚,从而可以有效提高太阳能电池的能量转换效率。因此,本文制备石墨烯/量子点复合材料,不仅具有量子点优异的宽带吸收能力,还具有石墨烯优异的导电能力,以期成为一种理想的高性能太阳能电池材料。铜元素广泛地分布在自然界中,是许多生命活动过程中不可或缺的元素之一,如催化反应中的辅酶、生物合成、生物运输。生物体内铜元素的浓度水平会影响其生命活动过程,浓度过低会使这些生命活动过程无法进行,而铜元素含量过高时,则会对生命活动过程中酶的活性产生抑制作用或者神经毒性等有害作用。常见的铜离子浓度的检测方法有荧光法、电化学分析法、分光光度法和化学发光法等,其中荧光法具有选择性好、灵敏度高等优点受到广泛关注。本文基于石墨烯-量子点复合材料优异的生物相容性和光学性能,制备了氧化石墨烯-DNA-量子点荧光探针,实时对铜离子特异性识别与检测。本论文是在国家自然科学基金“实时在体NO光纤微型生物传感器的材料研究”(NO.50802069)和湖北省自然科学基金“基于石墨烯/量子点的新型光纤葡萄糖传感器研究”(NO.2014CFB831)的资助下,制备了氧化石墨烯-CdTe/CdS复合材料和氧化石墨烯-DNA-CdTe荧光探针,并将其分别应用于太阳能电池和水中铜离子检测中。本文主要研究内容与结果如下:(1)分别采用Hummers法制备氧化石墨烯,一步法合成CdTe和CdTe/CdS量子点,确定其最佳合成条件,研究氧化石墨烯猝灭量子点荧光的机理,建立量子点荧光响应与氧化石墨烯浓度之间的关系。(2)采用水热法合成氧化石墨烯-CdTe/CdS复合材料,优化其合成条件,研究复合材料的光电性能,阐明复合材料光电性能增强的机理。(3)以氧化石墨烯(GO)为载体,采用化学交联法制备GO-DNA-CdTe荧光探针,研究表明DNA热稳定性和保存稳定性都得到了明显的提高,并将其应用于铜离子浓度的检测,阐明了该荧光探针检测铜离子的机理,建立了GO-DNA-CdTe探针荧光响应与铜离子浓度之间的关系

关键词： 聚乙烯亚胺   柚子皮   蛋壳膜   量子点   染料  

摘要： 作为新型污染物之一,纳米材料的广泛使用所带来的环境风险已成为近年来研究的热点,研究如何有效去除这些污染物的新方法已成为人们关注的重点之一。生物材料因其来源广泛、绿色环保等优点在污染物去除方面备受关注。本文以生物材料为载体,制备了聚乙烯亚胺(PEI)功能化的柚子皮(GP)和蛋壳膜(ESM),主要研究了它们对水溶液中CdTe量子点(CdTe QDs)的去除作用,同时还研究了其对酸性品红(AF)染料的吸附性能。重点探究了在吸附过程中的最优条件,探讨了吸附机理。1.以农林废弃物GP为载体,通过一种简单的一步合成法将不同浓度PEI负载到GP上,成功制备了一系列富含氨基的生物吸附剂PEI-GP。通过SEM、FT-IR和XPS等表征手段证明了PEI成功修饰在了GP表面。制备得到的吸附剂被用于吸附CdTe QDs,实验过程中,研究了PEI浓度、溶液pH、吸附时间、CdTe QDs初始浓度以及离子强度和腐殖酸(HA)对吸附的影响。结果表明,未功能化的GP对CdTeQDs无吸附能力,当PEI浓度为0.8 g/L时,材料对CdTe QDs吸附性能最佳,pH为8.4时吸附达到最大,吸附动力学符合准二级动力学,吸附等温线符合Frendlich等温模型。离子强度对吸附影响较大,而HA对材料的吸附几乎无影响。以上研究结果表明PEI-GP生物吸附剂可用于CdTe QDs的吸附去除。2.选取ESM为生物基底材料,直接用PEI功能化ESM得到PEI-ESM用以吸附去除CdTe QDs。通过对PEI浓度的优化,发现当PEI浓度为2.0g/L时,制备的PEI-ESM对CdTe QDs的吸附最佳。详细研究了溶液pH、吸附时间、CdTe QDs初始浓度等条件对PEI-ESM-2.0吸附CdTe QDs的影响,获得了优化条件。结果表明,最佳pH为9.0,吸附动力学符合准二级动力学,吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量达到400 mg/g,未功能化的ESM对CdTe QDs无吸附能力,这充分说明了材料的优越性。另外,选取该材料作为柱填料成功应用于实际水样中CdTe QDs的去除,结果表明,该生物材料成本低、环境友好,可应用于实际水样中CdTe QDs的去除。3.基于PEI-ESM表面所带正电荷,利用静电引力作用,将合成的PEI-ESM材料用于去除阴离子染料AF。在PEI浓度的优化过程中发现,当PEI浓度为10g/L时,制备的材料对AF的吸附能力最强,与未功能化的ESM相比,吸附效果增加了3倍。实验发现,PEI-ESM对AF的吸附符合准二级动力学,吸附等温线符合Langmuir吸附模型,其最大吸附量达到333.33 mg/g,吸附过程是一个放热熵增的自发过程,其在常温下就可以高效反应。通过该实验发现,PEI-ESM是一种高效、绿色的吸附剂,在去除酸性品红染料中有巨大的潜力。

关键词： 荧光探针   制备工艺   聚丁二炔   灵敏性能   量子点复合材料  

摘要： 随着工业的高速发展，在经济效益显著提升的同时，它所带来的环境问题也成为人们日益所关切的问题，其中以重金属的污染尤为严重。由于这些重金属具有很高的生物毒性，严重危害人类的身心健康，对它们的管理和治理显得尤为重要，尤其是铅。铅对人类机体的毒性是巨大的，直接或间接地影响生命机体的各项生命系统，如:血液系统，神经系统，免疫系统，泌尿系统等，甚至危及人类的生命，并且具有较高的致癌性。因此，对铅实施的高效快捷实时的检测是十分必要的。　　铅离子的检测传统方法主要包括原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法。但这些方法对于检测技术的要求非常苛刻，检测成本较高，不便于现场高效检测。近年来，一些铅的荧光探针凭借其高灵敏度和高选择性的优势相继被报道出来。但这些探针无法在100％的纯水溶液中完成对铅的检测，在一定程度上限制了其在实际中的应用。　　本论文是基于聚丁二炔分子设计的铅离子荧光探针。在100％的纯水溶液中，通过探针溶液在颜色和荧光上的变化就可以达到对铅离子的检测。探针溶液加入铅离子后，溶液会发生由蓝色向红色的转变，这种颜色的变化裸眼就能进行观测。并且这种蓝相向红相的转变伴随着荧光的增强。该探针对铅离子呈现非常好选择性。在不需要添加任何掩蔽剂的条件下就能对铅离子进行检测，不受其他金属离子的干扰。囊泡探针在荧光光谱仪中的检测限为0.05μM，是一个灵敏度非常高的铅离子荧光探针。产生这种检测效果的机理为:铅离子会与探针囊泡单元之间进行相互作用，即铅离子与侧链的头基1-氮杂-18-冠-6-醚进行配位结合，这种相互作用产生的应力会对烷基侧链产生扰动，这种扰动足以对聚丁二炔囊泡主链的构象产生影响，使其发生改变，从而导致了其在颜色上的变化以及在荧光上的增强。　　为了丰富该探针对铅离子的实际检测手段，设计了简单的微型芯片，在荧光显微镜下对铅离子进行量化和分析。探针的荧光强度与铅离子呈现良好的线性关系，在荧光显微镜下的检测限为1μM，并且在荧光显微镜下同样呈现出良好的选择性。　　本论文同时创新性的设计制备了聚丁二炔包覆CdTe量子点的复合粒子，其可通过荧光共振能量转移实现放大PDA刺激响应的荧光强度，提高检测灵敏性。

关键词： 金属纳米粒子点阵   量子输运   应变传感器   灵敏度系数  

摘要： 金属纳米粒子点阵中电子的传输机制不同于经典接触式的欧姆输运模式,而是以量子输运的形式进行的。在这种输运模式下,纳米粒子点阵的电导率对粒子间距的变化极其敏感。这导致了粒子间距的细微改变就会使材料整体的电导率产生较大变化。根据这一特点,弹性衬底表面制备电极并覆盖金属纳米粒子点阵,能够得到新型的应变传感器。本论文研究基于金属Cr纳米粒子点阵的应变传感器的制备与传感特性。论文采用团簇束流沉积制备Cr纳米粒子点阵,通过对沉积过程的实时电导监控,实现对纳米粒子点阵覆盖率与初始电导的精确控制。选择PET薄膜并在其上通过掩模蒸发镀膜制作叉指电极作为衬底,在其上制备可控密度的Cr纳米粒子点阵构成应变传感器。对金属Cr纳米粒子点阵的变温Ⅰ-Ⅴ曲线与电导测量表明,硅衬底上的Cr纳米粒子点阵,直至室温都能够观察到明显的库伦阻塞效应,而在PET衬底上的Cr纳米粒子点阵中,即使在低温下,也未库伦阻塞现象,可能是PET衬底较大的热胀冷缩效应导致的纳米粒子间距的变化掩盖了温度变化对量子电导的影响。但两种衬底上测量的Cr纳米粒子点阵的电导-温度曲线,都呈现不同于块状金属材料的负电阻温度系数,表明其电导都起源于量子输运。本文研究了Cr纳米粒子点阵应变传感器对不同形式应变的响应特性。在拉伸测试中,传感器的电导变化与应变呈现了良好的线性关系,在弹性范围内,传感器的灵敏度系数可达6.1,优于金属应变片。在弯曲测试中,传感器的电导变化与应变呈现指数关系,具有优异的灵敏度系数,在应变为0.16%以内,灵敏度系数可达到40以上。传感器也具有大的量程,最大应变能够达到3%,对应的灵敏度系数最高可达到近3000。在压强测试中,Cr纳米粒子点阵传感器显示了在大气压强附近进行Pa量级高精度压力测量的能力,可用于高精度大气气压监测、新一代车载导航、个人气象站等应用。本文还研究了纳米粒子覆盖率对所构成应变传感器的灵敏度系数的影响,实验表明,在覆盖率已达到渗流阈值的样品中,纳米粒子覆盖率越低,应变响应的灵敏度系数越高。

关键词： GO   GO@NH2-Au NCs   对硝基苯酚   Au NPs-N-GQDs   比率荧光探针   Cu2+  

摘要： 随着纳米技术的发展,碳纳米材料以其独特的物理、化学性质及其在众多领域中存在的潜在应用价值被逐渐发现,使得制备具有优良性能的碳复合纳米材料和开展其应用研究成为当前分析化学研究的热点之一。其中,由于碳纳米材料具有制备方法简单、稳定性高、生物相容性好等性质,在生物传感、电化学传感、细胞成像、生物探针、催化等方面得到了广泛的应用。鉴于此,本论文在前人工作的基础上,围绕功能化碳复合纳米材料的制备及应用开展了深入研究。本学位论文共分四章,简述如下：第一章：简要介绍了碳纳米材料的发展历程,综述了石墨烯及其衍生物、碳量子点、功能化碳复合纳米材料的制备方法及其在痕量物质分析检测中的应用。第二章：通过Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),然后在1-(3一二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)存在下,利用酰胺化反应,将乙二胺修饰到GO表面得到氨基化氧化石墨烯(GO@NH2)。最后,在氮气保护下使Cu+与GO@NH2纳米片表面的N-H发生配位作用形成配合物并在其表面将Au3+还原成AuNPs,形成GO@NH2-Au纳米复合材料。所建立的一锅法原位合成GO@NH2-Au NCs的新方法,具有简单、经济、快捷等优点。所制备的GO@NH2-Au NCs具有高的催化特性,在NaBH4存在下能高效催化环境污染物对硝基苯酚降解为对氨基苯酚,连续重复利用9次催化效率仍可达86%。第三章：以柠檬酸和双氰胺为试剂通过水热法制备了氮掺杂的石墨烯量子点(N-GQDs),利用N-GQDs对氯金酸的还原作用,通过加热回流将金纳米颗粒负载在N-GQDs上,制备了AuNPs-N-GQDs纳米材料。该材料具有良好的催化活性,可催化NaBH4将环境污染物对硝基苯酚还原为对氨基苯酚的反应。第四章：利用碱性条件下硅酸乙酯水解生成的二氧化硅将硫化镉掺杂的碲化镉金属量子点(CdTe/CdS)包裹在二氧化硅球内,然后通过柠檬酸和聚乙酰亚胺(B-PEI)裂解制得了蓝光碳量子点。在异腈酸酯存在下,将蓝光碳量子点键合在包裹了CdTe/CdS量子点的二氧化硅球上,制备了双发射比率荧光新探针(CdTe/CdS@SiO2@PEI-CQDs)。利用该探针外部碳点和Cu2+的识别作用,建立了检测Cu2+的荧光分析新方法。在最佳条件下,该方法的线性范围为0～70μM,检测限为0.268μM。

关键词： Majorana束缚态   量子点体系   输运性质  

摘要： 自意大利粒子物理学家Ettore Majorana发现Majorana费米子以来,这种新型的奇特粒子一直备受物理学家们的亲睐。这种粒子与正常的费米子不同,它总是成对出现,其反粒子是其自身,且由于它服从非阿贝尔分数量子统计,可以有望借助它实现拓扑量子计算。至今为止,很多理论及实验已经证实了Majorana费米子的存在。如具有强自旋-轨道耦合的半导体加强磁场作用,邻近s波超导体时,在量子线的末端出现一对Majorana束缚态。本文采用非平衡态格林函数方法和散射矩阵理论,较为系统的分析了各种机制对Majorana束缚态形成的影响以及当Majorana束缚态与量子点耦合时,系统的量子输运性质。我们利用Oreg模型以及量子点环结构,针对不同理论模型及系统参数下输运性质的相关物理量进行分析对比,最终得出一些有意义的结果。本文主要展开以下方面的理论研究:首先,将存在Majorana束缚态的纳米线串联到外电路中,研究了超导对势,自旋-轨道相互作用以及磁场空间的不均匀性对电导的影响,考察了上述几种外场在Majorana束缚态形成过程中所扮演的不同角色。经分析发现,磁场空间的不均匀性对Majorana束缚态的影响占主导地位,而超导背景的不均匀性对Majorana束缚态的破坏性作用相对较小。接下来,研究了存在侧向耦合Majorana零模式的量子点系统的输运性质。计算结果表明,当两个电极与量子点间的耦合方式相同时,零偏压极限下,局域Andreev反射和电极间普通的输运具有相同的值,使得零偏压电导值等于e2/2h,恰巧是共振隧穿电导值的一半。具体来讲当Majorana束缚态与单量子点耦合时,零偏压电导值与量子点的能级数和能级分布无关。而当Majorana束缚态与量子点分子耦合时,尽管电导值有变化,但零偏压电导值一直等于e2/2h。因此,利用量子点来探测Majorana束缚态时,不受量子点性质的影响。再次,研究了在量子点链末端的量子点与一个Majorana费米子耦合的混合量子点环的形式下的持续电流,可以发现量子点数的奇偶性是持续电流形成的关键因素。只有量子点数为奇数时有持续电流,而量子点数为偶数时,持续电流一直为零。我们通过将系统的哈密顿量转换到Majorana表象下,得到新的环的图解,发现仅当量子点数为奇数时,混合环能映射为一个Majorana环和一个Majorana链,Majorana环为持续电流的出现提供了一个机会。在偶数情况下,该混合环只是一个具有相同螺旋方向的Majorana链,致使持续电流受到抑制。这些结果可以帮助我们理解以Majorana为基础的介观系统的电子输运性质。

关键词： 量子点   连接剂辅助组装法   光沉积法   复合材料   光催化  

摘要： 光催化技术已经成为解决环境污染和能源枯竭问题的有效途径,其在有机合成方面的应用也日益受到关注。然而,以Ti02为代表的传统光催化材料的太阳能利用率和量子效率低的不足,严重制约了其实际应用。作为一种新颖的纳米材料,量子点(QDs)具有量子尺寸效应、表面效应和带隙可调等特性,QDs修饰的复合材料有望成为具有宽光谱响应和高量子效率的新型光催化剂。本论文首先合成出水溶性CdSe QDs,然后采用连接剂辅助组装出CdSe QDs修饰的TiO2(CS-T)和CdSe QDs修饰的{001}晶面锐钛矿Ti02(CS-T001),最后采用光沉积法合成CdSQDs修饰的InOOH(CdS-In)。以降解孔雀石绿(MG)等有机污染物和还原对硝基苯胺(4-NA)等硝基芳烃化合物为模型反应,考察QDs修饰的复合材料的光催化性能,并探究其光催化反应机理。主要结论有:(1)合成出的水溶性CdSe QDs在λ = 500 nm处有一个激子吸收峰,表现出明显的量子尺寸效应。(2)CS-T可见光催化降解MG的反应速率常数k值分别是纯相Ti02、CdSe QDs、Ti02-xNx和体相CdSe修饰的TiO2的52.5倍、4.5倍、4.6倍和7.2倍。由于量子尺寸效应,CdSe QDs的导带电势(-0.79 V)比体相CdSe(-0.58 V)更负。CS-T在光催化反应过程中产生了更多量的活性物种(02·-,H202,·OH)。(3)可见光照30min后,5%CS-T001光催化还原对硝基苯胺(4-NA)反应的转化率达到了 98.9%。CdSe QDs的修饰以及基底Ti02中{001}晶面的暴露协同增强了 CS-T001的光催化活性。(4)CdS-In-120可见光催化还原4-NA时表现出优于InOOH和商品CdS的活性,不仅实现了基底材料InOOH的可见光化,而且借助基底材料将CdSQDs均匀分散,从而提高了 CdS的光催化活性。本论文的特色和创新之处是:(1)采用操作简单、原料绿色、反应条件温和的水相法合成出了水溶性CdSe QDs,避免了传统有机相法的操作复杂性、剧毒性和反应条件苛刻性。(2)提供了简单、绿色的方法首次合成出QDs修饰的复合材料——CS-T,CS-T001(连接剂辅助组装法)和CdS-In(光沉积法),得到了活性优异的可见光催化剂。(3)系统地阐明了 QDs(CdSe和CdS)以及基底半导体材料(Ti02,T001和InOOH)在光催化反应中所起的作用,并提出其增强的光催化活性的反应机理。

摘要： In this dissertation a number of investigations were conducted on ballistic quantum networks in the mesoscopic range. In this regime, the wave nature of electron transport under the influence of transverse magnetic fields leads to interesting applications for digital logic and computing circuits. The work specifically looks at characterizing a few main areas that would be of interest to experimentalists who are working in nanostructure devices, and is organized as a series of papers. The first paper analyzes scaling relations and normal mode charge distributions for such circuits in both isolated and open (terminals attached) form. The second paper compares the flux-qubit nature of quantum networks to the well-established spintronics theory. The results found exactly contradict the conventional school of thought for what is required for quantum computation. The third paper investigates the requirements and limitations of extending the Thévenin theorem in classic electric circuits to ballistic quantum transport. The fourth paper outlines the optimal functionally complete set of quantum circuits that can completely satisfy all sixteen Boolean logic operations for two variables.

关键词： 石墨烯量子点   胺基功能化   二氧化钛纳米管阵列   对称型超级电容器   非对称型超级电容器  

摘要： 超级电容器是介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等特点,在混合动力汽车、电信通讯、军事等领域有着广阔的应用市场。与电池相比,超级电容器具有高的功率密度,但是它低的能量密度限制其应用,因此开发出高能量密度、高功率密度且使用寿命长的超级电容器是目前研究的热点。石墨烯量子点具有小尺寸组装优势、高导电性、高比表面积、高的化学稳定性和丰富的官能团等特性,可以作为高活性物质应用于超级电容器领域。本文中我们采用一种新颖的自下而上碱催化水相分子融合法,制备出比表面积大、稳定性高、导电性和水溶性好的胺基化石墨烯量子点,其表面带有大量的氧化还原活性位。我们将真空退火处理后具有高导电性的二氧化钛纳米管阵列作为三维导电基底,采用电泳沉积技术,将胺基化石墨烯量子点负载到二氧化钛纳米管上,制备出具有高比容量、高能量密度、高功率密度和循环稳定性好的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列超级电容器。本论文的研究内容主要包括以下三个方面:1.功能化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列复合材料的制备及其电化学性能研究。利用碱催化水相分子融合法分别制备羟基化石墨烯量子点和胺基化石墨烯量子点两种石墨烯量子点,通过TEM、Raman、IR等对功能化石墨烯量子点表征。采用电泳沉积技术,分别将两种石墨量子点沉积到二氧化钛纳米管阵列上,在三电极体系下测试它们的电化学性能。通过比较其电容性能,我们选择胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列作为高活性物质进行研究。进一步优化了制备胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管的实验条件,改变电泳沉积条件以及退火温度,选择3 V为最佳的沉积电压,150℃温度3 h为最优退火条件。2.组装胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列对称型超级电容器及其电容性能研究。通过对胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极材料进行SEM、EDS、XPS等测试分析,说明已经成功将石墨烯量子点负载到二氧化钛纳米管上。将制备的电极组装成对称型超级电容器,分别使用1 M H2SO4溶液和H3PO4-PVA凝胶电解质,研究胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管对称型超级电容器的电容性能。在1 M H2SO4溶液体系下,负载时间为1 h制备的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极在0.5 A/g电流密度下,比容量为595 F/g,超过石墨烯的理论容量550 F/g,组装的超级电容器具有较高的能量密度21.8 Wh/kg,在实际应用中可以将工作电压2 V的红色LED灯和工作电压3 V的绿色LED灯点亮。同时在10 A/g电流密度下,循环10000次后,该超级电容器的比容量保留率达到90%。同时,研究实验发现胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列对称型超级电容器具有高的面容量,在0.2 m A/cm2电流密度下,负载时间为3 h的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极组装的对称型超级电容器的面容量高达194.4 m F/cm2,能量密度可达23.7μWh/cm2。在H3PO4-PVA固态凝胶电解质体系下,负载量子点1 h的复合电极在0.2 A/g电流密度下,其比容量可达332.5 F/g,该对称型超级电容器的能量密度为11.5 Wh/kg。3.组装胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列非对称型超级电容器,通过增大电压窗口来进一步提高电容器的能量密度。选择负载时间为1 h的胺基化石墨烯量子点/二氧化钛纳米管电极为正极,三维多孔结构的石墨烯水凝胶作为负极,组装成非对称型超级电容器,电解质分别使用1 M H2SO4溶液和H3PO4-PVA凝胶电解质,研究两种体系下该非对称超级电容器的电化学性能。在1 M H2SO4溶液体系下,非对称型超级电容器的工作电压窗口扩大为1.2 V,在0.5 A/g电流密度下,非对称超级电容器的比容量为298.7 F/g,其能量密度59.7Wh/Kg;在H3PO4-PVA固态凝胶电解质体系下,非对称型电容器的工作电压窗口为1.6 V,在0.5 A/g电流密度下,非对称型超级电容器的比容量为102.4 F/g,其能量密度达到36.5 Wh/Kg。