Fe 3 O 4 /N-rGO復合材料的制備及其電化學電容性能
發(fā)布時間：2022-01-19 01:59
通過簡單的一步水熱法成功制備了Fe3O4/氮摻雜還原石墨烯（Fe3O4/N-r GO）復合物電極材料。采用X-射線衍射、X-射線光電子能譜、掃描電鏡和透射電鏡等手段對其結構和形貌進行了表征,用循環(huán)伏安法、交流阻抗和恒電流充放電等方法研究了所制備材料的電化學性能。結果表明,Fe3O4/N-rGO具有更高的比電容和更好的循環(huán)穩(wěn)定性,在0.5A/g的電流密度下,其比電容高達291.7F/g,遠高于純的Fe3O4和純的NrGO的比電容。這是由于小粒徑Fe3O4的加入大大降低了石墨烯的團聚,兩者間的協(xié)同作用使復合物的比電容得到了提高。
【文章來源】：化學通報. 2016,79(01)北大核心CSCD
【文章頁數】：6 頁
【部分圖文】：
-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO復合物的XRD圖
圖1N-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO復合物的XRD圖Fig．1XRDpatternsofN-rGO、Fe3O4andFe3O4/N-rGOcomposite2.2SEM測試分析圖2N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO復合物(c)的FESEM圖像Fig．2FESEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)圖2為N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的FESEM圖。從圖2a可以觀察到Gr典型的褶皺形貌，由單層或少層Gr薄片組成，具有很大的比表面積。由Fe3O4的FESEM圖(圖2b)可以明顯觀察到Fe3O4粒子呈現球狀，粒徑大小不均勻，且趨向于聚集成更大粒子，這是由于粒子自身具有磁性而出現的團聚現象，這對其比電容的提高有一定的阻礙作用。圖2c是Fe3O4/rGO復合物的FESEM圖片，與純Gr和純Fe3O4比較，Gr片層骨架上分散有大量類似球狀的Fe3O4粒子，這說明Gr與Fe3O4的復合在一定程度上減小了兩者的團聚，增加了復合材料的空間間隙，這些孔間隙可提供良好的電子傳輸通道，有利于電活性組分的傳輸，增大復合材料與電解液組分的接觸面，提高儲存電荷的能力。另外，實驗中長時間的超聲后，Fe3O4粒子仍穩(wěn)定的負載在Gr表面上，這說明Fe3O4粒子與Gr之間具有很強的作用力，這種協(xié)同作用力能加快Gr與Fe3O4粒子間的電子轉移，提高其電化學性能。2.3TEM測試分析圖3為N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM圖。由圖3a可見，N-rGO的形貌呈現透明并有褶皺的薄紗狀，部分的N-rGO由Gr單層結構層疊在一起，形成了多層Gr結構，另外，其中的缺陷結構以及其缺陷所產生的摺皺和卷曲是由于Gr晶格被N原子摻雜后形成的［15］。圖3b為Fe3O4的TEM?
2.3TEM測試分析圖3為N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM圖。由圖3a可見，N-rGO的形貌呈現透明并有褶皺的薄紗狀，部分的N-rGO由Gr單層結構層疊在一起，形成了多層Gr結構，另外，其中的缺陷結構以及其缺陷所產生的摺皺和卷曲是由于Gr晶格被N原子摻雜后形成的［15］。圖3b為Fe3O4的TEM圖，Fe3O4粒子呈現團聚狀。圖3c為Fe3O4/N-rGO的TEM圖，可清楚地看到褶皺的Gr上分散大量Fe3O4粒子，并且團聚現象有所減小，其中一些團簇狀是由于多層Gr結構所致，此結果與SEM相一致。圖3N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO復合物(c)的透射電鏡圖Fig．3TEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)2.4XPS測試分析為了進一步了解Fe3O4/N-rGO的元素構成和復合情況，對復合物進行了XPS分析，圖4示出了復合物的XPS總譜，圖中可以明顯看到Cls峰、O1s峰、Fe2p峰和N1s峰，這說明N元素已成功摻雜于復合物中。圖4Fe3O4/N-rGO復合物XPS圖Fig．4XPSofFe3O4/N-rGOcomposite2.5電化學性能測試2.5.1循環(huán)伏安測試圖5分別是N-rGO(a)、http://www．hxtb．org化學通報2016年第79卷第1期·73·
【參考文獻】：
期刊論文
[1]氧化石墨的譜學表征及分析[J]. 黃橋,孫紅娟,楊勇輝. 無機化學學報. 2011(09)
[2]Fe3O4磁性納米粒子-氧化石墨烯復合材料的可控制備及結構與性能表征[J]. 張燚,陳彪,楊祖培,張智軍. 物理化學學報. 2011(05)
[3]氧化石墨及石墨烯材料的制備[J]. 雷蕓,張科,鄒琴,潘裙,袁繼祖. 非金屬礦. 2011(01)
[4]活性炭表面改性對雙電層電容器電化學性能的影響（英文）[J]. 謝應波,喬文明,張維燕,孫剛偉,凌立成. 新型炭材料. 2010(04)
[5]石墨烯及其納米復合材料的研究[J]. 周俊文,馬文石. 化工新型材料. 2010(03)
[6]納米Fe3O4-活性炭混合超級電容器電化學性能的研究[J]. 杜嬛,王成揚,陳明鳴,焦旸. 無機材料學報. 2008(06)
本文編號：3596002
【文章來源】：化學通報. 2016,79(01)北大核心CSCD
【文章頁數】：6 頁
【部分圖文】：
-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO復合物的XRD圖
圖1N-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO復合物的XRD圖Fig．1XRDpatternsofN-rGO、Fe3O4andFe3O4/N-rGOcomposite2.2SEM測試分析圖2N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO復合物(c)的FESEM圖像Fig．2FESEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)圖2為N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的FESEM圖。從圖2a可以觀察到Gr典型的褶皺形貌，由單層或少層Gr薄片組成，具有很大的比表面積。由Fe3O4的FESEM圖(圖2b)可以明顯觀察到Fe3O4粒子呈現球狀，粒徑大小不均勻，且趨向于聚集成更大粒子，這是由于粒子自身具有磁性而出現的團聚現象，這對其比電容的提高有一定的阻礙作用。圖2c是Fe3O4/rGO復合物的FESEM圖片，與純Gr和純Fe3O4比較，Gr片層骨架上分散有大量類似球狀的Fe3O4粒子，這說明Gr與Fe3O4的復合在一定程度上減小了兩者的團聚，增加了復合材料的空間間隙，這些孔間隙可提供良好的電子傳輸通道，有利于電活性組分的傳輸，增大復合材料與電解液組分的接觸面，提高儲存電荷的能力。另外，實驗中長時間的超聲后，Fe3O4粒子仍穩(wěn)定的負載在Gr表面上，這說明Fe3O4粒子與Gr之間具有很強的作用力，這種協(xié)同作用力能加快Gr與Fe3O4粒子間的電子轉移，提高其電化學性能。2.3TEM測試分析圖3為N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM圖。由圖3a可見，N-rGO的形貌呈現透明并有褶皺的薄紗狀，部分的N-rGO由Gr單層結構層疊在一起，形成了多層Gr結構，另外，其中的缺陷結構以及其缺陷所產生的摺皺和卷曲是由于Gr晶格被N原子摻雜后形成的［15］。圖3b為Fe3O4的TEM?
2.3TEM測試分析圖3為N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM圖。由圖3a可見，N-rGO的形貌呈現透明并有褶皺的薄紗狀，部分的N-rGO由Gr單層結構層疊在一起，形成了多層Gr結構，另外，其中的缺陷結構以及其缺陷所產生的摺皺和卷曲是由于Gr晶格被N原子摻雜后形成的［15］。圖3b為Fe3O4的TEM圖，Fe3O4粒子呈現團聚狀。圖3c為Fe3O4/N-rGO的TEM圖，可清楚地看到褶皺的Gr上分散大量Fe3O4粒子，并且團聚現象有所減小，其中一些團簇狀是由于多層Gr結構所致，此結果與SEM相一致。圖3N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO復合物(c)的透射電鏡圖Fig．3TEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)2.4XPS測試分析為了進一步了解Fe3O4/N-rGO的元素構成和復合情況，對復合物進行了XPS分析，圖4示出了復合物的XPS總譜，圖中可以明顯看到Cls峰、O1s峰、Fe2p峰和N1s峰，這說明N元素已成功摻雜于復合物中。圖4Fe3O4/N-rGO復合物XPS圖Fig．4XPSofFe3O4/N-rGOcomposite2.5電化學性能測試2.5.1循環(huán)伏安測試圖5分別是N-rGO(a)、http://www．hxtb．org化學通報2016年第79卷第1期·73·
【參考文獻】：
期刊論文
[1]氧化石墨的譜學表征及分析[J]. 黃橋,孫紅娟,楊勇輝. 無機化學學報. 2011(09)
[2]Fe3O4磁性納米粒子-氧化石墨烯復合材料的可控制備及結構與性能表征[J]. 張燚,陳彪,楊祖培,張智軍. 物理化學學報. 2011(05)
[3]氧化石墨及石墨烯材料的制備[J]. 雷蕓,張科,鄒琴,潘裙,袁繼祖. 非金屬礦. 2011(01)
[4]活性炭表面改性對雙電層電容器電化學性能的影響（英文）[J]. 謝應波,喬文明,張維燕,孫剛偉,凌立成. 新型炭材料. 2010(04)
[5]石墨烯及其納米復合材料的研究[J]. 周俊文,馬文石. 化工新型材料. 2010(03)
[6]納米Fe3O4-活性炭混合超級電容器電化學性能的研究[J]. 杜嬛,王成揚,陳明鳴,焦旸. 無機材料學報. 2008(06)
本文編號：3596002
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