發(fā)布時間：2021-11-21 09:50

　　以純化的太西無煙煤粉為原料,采用催化石墨化及改良Hummers氧化技術(shù)制備煤基氧化石墨烯前驅(qū)體,將該前驅(qū)體與MnO₂進(jìn)行原位復(fù)合并利用等離子體技術(shù)還原制備MnO₂/煤基石墨烯納米復(fù)合材料。采用紅外光譜、X射線衍射、掃描電鏡和透射電鏡等技術(shù)對煤基石墨烯及其復(fù)合材料進(jìn)行表征,采用循環(huán)伏安法及恒流充放電法測試MnO₂/煤基石墨烯納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明,與煤基石墨烯相比,MnO₂/煤基石墨烯納米復(fù)合材料的比電容有顯著提升,在1A/g電流密度下可達(dá)281.8 F/g,是煤基石墨烯比電容的3.48倍。 

【文章來源】：新型炭材料. 2016,31(05)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

催化石墨化產(chǎn)物TXG的XＲD譜圖

．09MPa)24h后，壓片(壓力10MPa，10min)制得電極。然后，將所制得的電極置于濃度為6mol/L的KOH溶液進(jìn)行循環(huán)伏安測試和恒流充放電測試，測試電位窗口為－0．8～0．3V。3結(jié)果與討論XＲD是研究炭材料石墨化程度有效的方法之一。圖1是經(jīng)催化石墨化處理的太西煤的XＲD譜圖。由圖1可見，在氯化鐵及硼酸的催化作用下，經(jīng)2500℃熱處理，太西煤石墨化產(chǎn)物TXG的石墨化程度與天然石墨基本一致，其XＲD圖譜與天然石墨(圖1中插圖)極為相似。圖1催化石墨化產(chǎn)物TXG的XＲD譜圖Fig．1XＲDpatternofgraphitizedTaixicoal(TXG)．圖2是太西煤催化石墨化產(chǎn)物TXG、煤基氧化石墨烯CBGO及煤基石墨烯CBG(為煤基氧化石墨烯CBGO經(jīng)H2等離子體還原產(chǎn)物)的紅外光譜圖。從圖2可以看出，石墨化產(chǎn)物TXG在1620cm－1處出現(xiàn)一個吸收峰，這源于TXG中sp2晶體結(jié)構(gòu)中的C?C鍵的伸縮振動峰。煤基氧化石墨烯CBGO則出現(xiàn)一系列新的紅外吸收峰，如曲線b所示，3000～3700cm－1內(nèi)出現(xiàn)一個較寬且較強(qiáng)的吸收峰，這是—OH官能團(tuán)的伸縮振動峰;1720cm－1處的吸收峰源于氧化石墨上羧基中C?O的伸縮振動;1062cm－1處出現(xiàn)的吸收峰源于C—O—C鍵的振動吸收;869cm－1附近出現(xiàn)的吸收峰則為環(huán)氧基特征吸收峰�？梢宰C明在本文實驗條件下制備得到的煤基氧化石墨烯材料至少存在—OH、—COOH、—C?O、?CH(O)CH—4種含氧官能團(tuán)。經(jīng)H2等離子體還原后，其還原產(chǎn)物CBG在3000～3700cm－1范圍內(nèi)僅出現(xiàn)一個相對較弱較窄的吸收峰，這可能源于殘留的少量未被還原的—OH官能團(tuán);在1620cm－1附近出現(xiàn)了C?C吸收峰，與TXG的圖譜十分相似，說明煤基氧化石墨烯CBGO經(jīng)H2等離子體還原處理后，其含氧官能團(tuán)基本被還原。圖2(a)催化石墨化煤TXG、(b)煤基氧化石?

化還原峰，這是由于MnO2在充放電的過程中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，并且伴隨著一些不可逆的氧化還原反應(yīng)。其中，MnO2的贗電容原理為Mn(Ⅳ)與Mn(Ⅲ)可逆轉(zhuǎn)化。隨MnO2含量的增加，氧化還原峰減弱，甚至消失，這可能是由于MnO2顆粒的團(tuán)聚導(dǎo)致MnO2與電解液的接觸面積減少之緣故。因此，不可逆氧化還原反應(yīng)在MnO2中占的比例減少，導(dǎo)致氧化還原峰減弱。這意味著，MnO2需要與石墨烯以適當(dāng)?shù)谋壤龔?fù)合，這有助于提高電容器的容量，同時降低MnO2的損耗。圖3CBG的(a)SEM和(b)TEM照片;MnO2/CBG復(fù)合材料的(c)SEM和(d)TEM照片F(xiàn)ig．3(a)SEMand(b)TEMimagesofCBG;(c)SEMand(d)TEMimagesofMnO2/CBGcomposites．圖4MnO2/石墨烯復(fù)合材料的循環(huán)伏安圖Fig．4Cyclicvoltammogramsoffourkindsofgraphenecompositesmadeatdifferentratios．圖5中的恒流充放電曲線略偏離標(biāo)準(zhǔn)等腰三角形，在－0．5V左右出現(xiàn)了充放電平臺，這是由于二氧化錳的贗電容行為。G1、G2、G3和G4的首次充放電比容量分別為283、338、215和169F/g�？梢�，當(dāng)MnO2/石墨烯復(fù)合材料中石墨烯添加量為30%時，復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳。圖5MnO2/石墨烯復(fù)合材料的恒流充放電曲線Fig．5Charge-dischargecurvesofMnO2/graphenecomposites．圖6為CBG及MnO2/CBG復(fù)合材料(CBG添加量為30%，質(zhì)量比)在1A/g電流密度下的恒流充放電曲線。由圖6可得，CBG及MnO2/CBG復(fù)合材料首次充放電比容量分別為80．9F/g和281．8F/g，MnO2/CBG復(fù)合材料的比容量提高了3．48倍。·548·新型炭材料第31卷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]以太西無煙煤為前驅(qū)體制備煤基石墨烯的研究[J]. 張亞婷,周安寧,張曉欠,邱介山.  煤炭轉(zhuǎn)化. 2013(04)
[2]石墨烯基宏觀體:制備、性質(zhì)及潛在應(yīng)用[J]. 張麗芳,魏偉,呂偉,邵姣婧,杜鴻達(dá),楊全紅.  新型炭材料. 2013(03)
[3]用于鋰離子電池的石墨烯材料——儲能特性及前景展望[J]. 智林杰,方巖,康飛宇.  新型炭材料. 2011(01)



本文編號：3509277