碳納米材料由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性、大的比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及形態(tài)結(jié)構(gòu)的多樣化,成為能源儲存與轉(zhuǎn)化器件中的關(guān)鍵組分。石墨烯,作為一種具有單原子厚度的sp2雜化碳材料,由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì),被廣泛應(yīng)用在光電、儲能、生物等各個領(lǐng)域。更重要的是,石墨烯是組成其他碳納米材料的基元結(jié)構(gòu),因此,基于石墨烯結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑多功能的碳基儲能材料對于推動儲能器件的發(fā)展具有重要作用。本文從石墨烯的宏量制備及儲能應(yīng)用出發(fā),討論了石墨烯的低溫解理制備機理,闡明其對規(guī)模化應(yīng)用的重要性并發(fā)展了一系列基于石墨烯的鋰硫電池正極材料溶液相制備方法,主要包括:以硫化氫為還原劑實現(xiàn)了氧化石墨烯的還原和石墨烯/硫雜化材料的低溫溶液相制備;構(gòu)筑了具有高體積容量的高密度多孔石墨烯/硫三維宏觀體材料;開發(fā)了基于含硫氣體的可分散型納米硫的制備方法,拓展了碳硫復(fù)合材料的溶液相制備方法�？疾炝耸┑慕Y(jié)構(gòu)與表面化學(xué)對電化學(xué)性能的影響。對低溫負壓解理法制備石墨烯機理進行系統(tǒng)探討,提出營造片層內(nèi)外足夠的壓力差是實現(xiàn)氧化石墨解理的關(guān)鍵;探究了不同尺寸石墨原料對于石墨烯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響,結(jié)果表明低溫負壓解理能夠有效消除不同尺寸原料的影響;二次熱... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 石墨烯的性質(zhì)及制備方法
        1.2.1 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
        1.2.2 制備方法及原理
    1.3 石墨烯在能源儲存與轉(zhuǎn)化器件中的應(yīng)用
        1.3.1 應(yīng)用體系與形式
        1.3.2 應(yīng)用瓶頸-低的體積能量密度
    1.4 鋰硫電池發(fā)展現(xiàn)狀及瓶頸
        1.4.1 工作原理
        1.4.2 存在的問題
    1.5 石墨烯在鋰硫電池中的應(yīng)用
        1.5.1 正極體系
        1.5.2 功能性隔膜
    1.6 本論文的研究目的、內(nèi)容及意義
第二章 實驗裝置與制備方法
    2.1 實驗試劑和原料
    2.2 主要實驗設(shè)備與儀器
    2.3 材料表征設(shè)備及原理
    2.4 電化學(xué)測試方法及原理
        2.4.1 測試儀器及方法
        2.4.2 電極的制備及電池的組裝
    2.5 氧化石墨的制備及分散
        2.5.1 氧化石墨的制備
        2.5.2 氧化石墨烯分散液的制備
第三章 石墨烯低溫負壓解理機理探索及表面化學(xué)調(diào)控
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 氧化石墨的制備
        3.2.2 石墨烯的制備及二次熱處理
    3.3 不同石墨及氧化石墨結(jié)構(gòu)表征
    3.4 低溫負壓解理石墨烯的形貌與結(jié)構(gòu)
    3.5 熱處理方式對石墨烯結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性質(zhì)的影響
    3.6 低溫負壓化學(xué)解理制備石墨烯機理探討
    3.7 本章小結(jié)
第四章 基于硫化氫還原的石墨烯/硫雜化材料溶液相制備及鋰硫電池性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 硫化氫的制備
        4.2.2 硫化氫還原石墨烯/硫(HRGO/S)和傳統(tǒng)石墨烯/硫的制備
        4.2.3 鋰硫電池的裝配及電化學(xué)測試條件
    4.3 硫化氫對氧化石墨烯的高效還原
    4.4 HRGO/S的微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)狀態(tài)
    4.5 HRGO/S的電化學(xué)性能表征
    4.6 本章小結(jié)
第五章 高致密性石墨烯/硫雜化材料的可控構(gòu)建及體積容量特性研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 石墨烯/硫水凝膠的制備
        5.2.2 高密度石墨烯/硫宏觀體（HDGS）的制備
        5.2.3 鋰硫電池的裝配及電化學(xué)測試條件
    5.3 石墨烯/硫水凝膠及HDGS形成機理
    5.4 HDGS的微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
    5.5 高體積比容量HDGS電化學(xué)性能
    5.6 本章小結(jié)
第六章 高分散性硫的溶液相制備及應(yīng)用探索
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 高分散性硫的制備
        6.2.2 碳硫雜化材料的制備
    6.3 高分散性硫的結(jié)構(gòu)與分散性
    6.4 高分散性硫的電化學(xué)性能表征
    6.5 碳硫雜化材料的溶液相制備及電化學(xué)性能
        6.5.1 石墨烯/高分散性硫(G/DS)的結(jié)構(gòu)和性能表征
        6.5.2 碳納米管/高分散性硫(CNT/S)的結(jié)構(gòu)與性能表征
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文主要結(jié)論
    7.2 本文主要創(chuàng)新點
    7.3 今后工作展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝



本文編號：3531234