本文關(guān)鍵詞：石墨烯與氧化物復(fù)合材料的制備及其光電性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著能源短缺和環(huán)境惡化,開發(fā)新型清潔能源已經(jīng)迫在眉睫,鋰離子電池具有能量密度大,工作電壓高,循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),越來越受到研究者們的重視。近年來,由于石墨烯具有大的比表面積和良好的導(dǎo)電性,與其他材料復(fù)合形成納米復(fù)合材料電池用作鋰離子電池的負(fù)極材料,既可以克服傳統(tǒng)材料自身的缺點(diǎn),同時(shí)發(fā)揮了石墨烯材料的特有性質(zhì)。因此石墨烯基復(fù)合材料在催化劑、光電和儲(chǔ)能等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。在紫外光的照射下,二氧化鈦可以分解難降解、有毒有害的污染物,并且二氧化鈦廉價(jià)、無毒、不會(huì)產(chǎn)生二次污染,受到廣泛研究和應(yīng)用。然而未經(jīng)優(yōu)化處理的二氧化鈦材料帶隙較寬,光生載流子容易復(fù)合,極大地影響了二氧化鈦的光催化性能。本文利用石墨烯良好的導(dǎo)電性和空心結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),把石墨烯-二氧化鈦空心球納米復(fù)合材料作為研究對(duì)象,在實(shí)驗(yàn)過程中制備了不同比例的石墨烯-二氧化鈦空心球納米復(fù)合材料,并研究了光催化性能和電學(xué)性能。二氧化錫作為鋰離子電池負(fù)極材料具有高的理論容量(790 m Ahg-1),沒有記憶效應(yīng),對(duì)環(huán)境無污染。但在長(zhǎng)時(shí)間充放電條件下,二氧化錫體積膨脹嚴(yán)重,電子電導(dǎo)率變差,導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能變差。因此,純二氧化錫不適合實(shí)際應(yīng)用。本文制備了石墨烯-Sn O2-Ti O2納米復(fù)合材料,引入石墨烯既能提高電導(dǎo)率,又能減少二氧化錫納米顆粒的團(tuán)聚。而二氧化鈦納米顆粒可以形成更多的空間,可以緩沖二氧化錫的體積膨脹,從而提高石墨烯-Sn O2-Ti O2納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能。(1)采用改進(jìn)的Hummers方法制備氧化石墨烯,并對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)的表征。通過透射電鏡發(fā)現(xiàn)所制備的氧化石墨烯具有薄片結(jié)構(gòu)并且有褶皺,氧化石墨烯并不是單層的而是由幾層組成。(2)利用石墨烯良好的導(dǎo)電性和二維立體結(jié)構(gòu),以氫氧化鈦為前驅(qū)體,采用一步水熱法還原氧化石墨烯并制備了石墨烯-二氧化鈦空心球納米復(fù)合材料。結(jié)果表明所制備的納米復(fù)合材料中二氧化鈦為空心球結(jié)構(gòu),空心球的直徑小于20nm,空心部分的直徑大約為3-5 nm,石墨烯和二氧化鈦很好的復(fù)合在了一起,石墨烯-二氧化鈦空心球納米復(fù)合材料的比表面積為111m2g-1。(3)實(shí)驗(yàn)過程中改變石墨烯的量,合成G0-Ti O2、G0.5-Ti O2、G1-Ti O2、G2-Ti O2和G5-Ti O2這六種不同重量比的石墨烯-二氧化鈦空心球納米復(fù)合材料。對(duì)比研究它們的光催化性能和電化學(xué)性能。研究表明G1-Ti O2這一復(fù)合比例的納米復(fù)合材料具有最好的光催化性能,光催化降解亞甲基藍(lán)25 min后,可以達(dá)到98.02%,光催化降解甲基橙30min后,可以達(dá)到99%。所制備的G1-Ti O2這一復(fù)合比例的納米復(fù)合材料具有最好的循環(huán)穩(wěn)定性,在充放電倍率為0.2C下循環(huán)100圈后,比容量達(dá)到217.2 m Ahg-1,遠(yuǎn)高于二氧化鈦的理論容量(168 m Ahg-1)。(4)以SnCl2·2H2O為原料,通過水熱法合成了石墨烯-SnO2復(fù)合材料,研究了石墨烯的復(fù)合對(duì)二氧化錫的微觀納米結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Sn O2納米顆粒在石墨烯的表面分散的不均勻,有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象,Sn O2納米顆粒粒徑約為5 nm,石墨烯-Sn O2復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在充放電倍率為0.2C下,循環(huán)50圈后,比容量為1024 m Ahg-1。(5)以鈦酸四丁酯和Sn Cl2·2H2O為原料,采用溶劑熱結(jié)合水熱兩步法合成石墨烯-Sn O2-Ti O2三元納米復(fù)合材料,研究它們的微觀納米結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在加入極少量Ti O2后,Sn O2納米顆粒和石墨烯很好的復(fù)合在了一起,并且沒有發(fā)生團(tuán)聚,Sn O2納米顆粒粒徑約為5 nm,石墨烯-Sn O2-Ti O2三元復(fù)合材料表現(xiàn)出較高的可逆容量和更好的循環(huán)穩(wěn)定性,在充放電倍率為0.2C下,循環(huán)50圈后,比容量為1073 m Ahg-1。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 二氧化鈦 二氧化錫 光催化 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 光催化概述13-14
• 1.2 鋰離子電池的概述14-15
• 1.2.1 鋰離子電池的工作原理14
• 1.2.2 鋰離子電池的特點(diǎn)14-15
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料的概述15-18
• 1.3.1 鋰離子電池負(fù)極材料的特點(diǎn)15
• 1.3.2 碳負(fù)極材料15-17
• 1.3.3 鋰合金材料17
• 1.3.4 過渡金屬氧化物材料17-18
• 1.4 石墨烯18-24
• 1.4.1 石墨烯的性質(zhì)19-20
• 1.4.2 石墨烯的制備20-24
• 1.5 石墨烯基復(fù)合材料24-26
• 1.5.1 石墨烯/聚合物復(fù)合材料24-25
• 1.5.2 石墨烯-納米顆粒復(fù)合材料25-26
• 1.6 本課題的研究目的和主要內(nèi)容26-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分29-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器29-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品29-30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器30-31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)樣品的表征31-32
• 2.2.1 X射線粉末衍射(XRD)31
• 2.2.2 透射電子顯微鏡(TEM)31
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡(SEM)31
• 2.2.4 氮吸脫附(BET)31
• 2.2.5 傅立葉紅外光譜(FT-IR)31-32
• 2.2.6 拉曼光譜(Raman)32
• 2.3 光催化性能測(cè)試32
• 2.4 電化學(xué)性能測(cè)試32-35
• 2.4.1 電極的制備和電池的組裝32-33
• 2.4.2 充放電測(cè)試33
• 2.4.3 循環(huán)伏安特性測(cè)試33-34
• 2.4.4 交流阻抗測(cè)試34-35
• 第三章 二氧化鈦與石墨烯復(fù)合材料的制備及性能研究35-55
• 3.1 前言35-36
• 3.2 二氧化鈦和石墨烯復(fù)合材料的制備36-38
• 3.2.1 石墨烯(GO)的制備36-37
• 3.2.2 二氧化鈦和石墨烯空心球納米復(fù)合材料的制備37-38
• 3.3 樣品的表征38-45
• 3.3.1 X射線衍射分析38-40
• 3.3.2 透射電鏡分析40-41
• 3.3.3 掃描電鏡分析41-42
• 3.3.4 比表面積和孔徑分布42-43
• 3.3.5 紅外光譜分析43-44
• 3.3.6 拉曼(Raman)分析44-45
• 3.4 樣品的光催化性能研究45-48
• 3.4.1 紫外光催化降解亞甲基藍(lán)45-47
• 3.4.2 紫外光催化降解甲基橙47-48
• 3.4.3 石墨烯增強(qiáng)二氧化鈦光催化性能機(jī)理研究48
• 3.5 樣品的電化學(xué)性能研究48-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 第四章 二氧化錫與石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料的制備及其性能研究434.1 引言55-69
• 4.2 樣品的制備56-58
• 4.2.1 氧化石墨烯的制備56
• 4.2.2 石墨烯-二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備56-57
• 4.2.3 石墨烯-SnO2-TiO2納米復(fù)合材料的制備57-58
• 4.2.4 石墨烯-Sn O2納米復(fù)合材料的制備58
• 4.3 樣品的表征58-63
• 4.3.1 X射線衍射分析58-60
• 4.3.2 掃描電鏡分析60-61
• 4.3.3 透射電鏡分析61
• 4.3.4 拉曼分析61-62
• 4.3.5 紅外光譜分析62-63
• 4.4 樣品的電化學(xué)性能分析63-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 第五章 總結(jié)和展望69-71
• 5.1 總結(jié)69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-81
• 碩士期間發(fā)表的論文81-83
• 致謝83

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