本文關鍵詞：石墨烯—鐵氧體納米復合材料的制備及其電化學性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人們對能源和環(huán)境問題的重視,以鋰離子電池為代表的一系列清潔能源存儲器的開發(fā)得到了廣泛關注。與傳統(tǒng)的碳基類負極材料相比,過渡金屬氧化物因為其更大的理論比容量而被認為是極有前途的負極材料。資源豐富,環(huán)境友好,價格低廉的磁性尖晶石型鐵氧體成為下一代商業(yè)化應用電極材料的有力爭奪者。石墨烯,作為一種新型碳基材料,由于其優(yōu)良的導電性、超薄厚度、極大的比表面積和柔性結構,被廣泛用于制備各種復合材料。在石墨烯-鐵氧體復合材料中,石墨烯不僅作為結構緩沖器緩解體積變化和防止鐵氧體顆粒之間的聚合的問題,還可以提供了一個額外的導電網(wǎng)絡促進電子傳輸和鋰離子擴散,改善了鐵氧體導電性能較差的缺陷,從而提高了鐵氧體的電化學性能。本文采用溶劑/水熱法制備了多種尖晶石型鐵氧體與還原氧化石墨烯的二元復合材料,并針對其電化學性能做了詳細討論。此外,還探討了這些二元元復合材料的復合機理與石墨烯含量對復合材料的電化學的影響。具體內(nèi)容如下:(1)以天然石墨粉為原料,以乙二醇為還原劑,采用改進型Hummers制備還原氧化石墨烯(RGO)。結果表明,氧化石墨烯表面絕大數(shù)含氧官能團被還原。在還原反應的影響下,RGO片層表面褶皺程度增加,片層層數(shù)變多。(2)以聚乙烯吡咯烷酮為表面活性劑,采用簡單溶劑熱法制備石墨烯/空心四氧化三鐵二元納米復合材料。生長的在石墨烯片層上的空心四氧化三體粒徑約為250-400 nm,還原氧化石墨烯包覆在空心Fe3O4二元復合材料表面。石墨烯的引入極大地提高了純空心四氧化三鐵作為鋰離子電池負極材料時的電化學性能,該復合材料在當電流密度100 mA·g-1,電壓范圍0.001~3.0 V條件下進行充放電時,其首圈放電容量高達1314.5 m Ah·g-1,首圈可逆比容量為1013.4 mAh·g-1,皆高于理論比容量值,100次循環(huán)后,可逆比容量任有885.2 mAh·g-1,同時顯示出優(yōu)秀的倍率性能。(3)采用溶劑熱法合成了RGO-鎳鐵氧體納米復合材料,在600℃下熱處理兩個小時,石墨烯納米片顯著抑制了鎳鐵氧體納米顆粒的聚集以及維持總體樣品的良好的導電性。探討了不同石墨烯含量對該復合材料的電化學性能影響。測試結果顯示,當石墨烯參量為20 wt%時,該材料具有最佳的初始比容量(1198 m Ah·g-1)和循環(huán)性能(100圈后保持872 m Ah·g-1),且倍率性能優(yōu)異。(4)采用水熱法一步合成了石墨烯-鋅鐵氧體納米復合材料。均勻分散在RGO片層上的鋅鐵氧體顆粒粒徑約為10-20 nm。電化學測試結果表明,石墨烯的引入大大提高了鐵氧體電化學性能:100 m A·g-1電流密度下,首圈放電容量高達1475mAh·g-1,首圈可逆容量為860 mAh·g-1,100次循環(huán)后容量幾乎無衰減。
【關鍵詞】：還原氧化石墨烯 鐵氧體 復合材料 電化學性能 容量
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-30
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子電池概述11-15
• 1.2.1 二次鋰離子電池的各部分組成部件及其特點11-14
• 1.2.2 二次鋰離子電池的工作原理14-15
• 1.3 鋰離子電池負極材料發(fā)展15-22
• 1.3.1 鋰離子電池負極材料的選擇標準16-17
• 1.3.2 碳基負極材料17-20
• 1.3.3 合金類負極材料20-21
• 1.3.4 鈦基類負極材料21
• 1.3.5 氧化物類負極材料21-22
• 1.4 鐵氧體電極材料22-27
• 1.4.1 鐵氧體材料晶體結構22-23
• 1.4.2 鐵氧體負極材料存在問題23-24
• 1.4.3 鐵氧體負極材料性能改進方案24-27
• 1.5 石墨烯的研究進展27-29
• 1.5.1 石墨烯的性能27
• 1.5.2 石墨烯的制備27-29
• 1.6 本論文主要研究內(nèi)容29-30
• 第二章 合成方法與實驗所需藥品及設備30-36
• 2.1 實驗30-33
• 2.1.1 合成方法30-31
• 2.1.2 實驗藥劑31-32
• 2.1.3 實驗儀器32-33
• 2.2 結構表征33
• 2.3 電化學測試33-36
• 第三章 氧化石墨烯及石墨烯的制備及其表征36-41
• 3.1 引言36-37
• 3.2 實驗37-38
• 3.2.1 氧化石墨烯的制備過程37-38
• 3.2.2 氧化石墨的還原38
• 3.3 結果與討論38-40
• 3.4 本章小結40-41
• 第四章 石墨烯-空心四氧化三鐵復合材料的制備及電化學性能41-53
• 4.1 引言41-42
• 4.2 實驗42-44
• 4.2.1 石墨烯-空心四氧化三鐵（HFR）納米復合材料的制備42-43
• 4.2.2 負極材料的制備43-44
• 4.3 結果與討論44-52
• 4.3.1 HFR納米復合材料的表征44-48
• 4.3.2 HFR納米復合材料的電化學性能48-52
• 4.4 本章小結52-53
• 第五章 石墨烯-鎳鐵氧體復合材料的制備及電化學性能53-66
• 5.1 引言53
• 5.2 實驗53-55
• 5.2.1 石墨烯-鎳鐵氧體（NFR）納米復合材料的制備53-55
• 5.2.2 負極材料的制備55
• 5.3 結果與討論55-64
• 5.3.1 NFR納米復合材料的表征55-59
• 5.3.2 NFR納米復合材料的電化學性能59-64
• 5.4 本章小結64-66
• 第六章 石墨烯-鋅鐵氧體復合材料的制備及電化學性能66-79
• 6.1 引言66
• 6.2 實驗66-68
• 6.2.1 石墨烯-鋅鐵氧體（ZFR）納米復合材料的制備66-67
• 6.2.2 負極材料的制備67-68
• 6.3 結果與討論68-77
• 6.3.1 ZFR納米復合材料的表征68-72
• 6.3.2 ZFR納米復合材料的電化學性能72-77
• 6.4 本章小結77-79
• 第七章 結論79-81
• 參考文獻81-92
• 致謝92-93
• 在校期間發(fā)表論文以及其他科研成果93

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