本文關(guān)鍵詞：自組裝合成石墨烯包覆粒徑可控的三氧化二鐵復(fù)合材料制備與應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院》 2015年

自組裝合成石墨烯包覆粒徑可控的三氧化二鐵復(fù)合材料制備與應(yīng)用研究

陳言偉  

【摘要】：氧化石墨烯因其優(yōu)秀的可修飾性,且其被還原之后具有與石墨烯相近的性質(zhì),比如高比表面積,優(yōu)越導(dǎo)電性,熱穩(wěn)定性,高機(jī)械性能等,是一種在能源轉(zhuǎn)換方面非常有應(yīng)用潛力的物質(zhì)。相比于石墨烯,氧化石墨烯價(jià)格優(yōu)宜,易于制備。以氧化石墨烯作為反應(yīng)原材料的復(fù)合材料已成為研究熱點(diǎn),廣泛應(yīng)用于鋰離子電池,超級電容器,光催化,水分解,燃料電池和太陽能電池等研究與應(yīng)用。在鋰離子電池負(fù)極材料中,三氧化二鐵越來越受到關(guān)注,因?yàn)槠涑呃碚撊萘?1005mA h g-1),環(huán)境友好,安全,廉價(jià)。然而在充放電過程中,三氧化二鐵因其導(dǎo)電性差,體積效應(yīng)明顯,很大程度上限制了其作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)將三氧化二鐵制備成中空結(jié)構(gòu)和將三氧化二鐵包覆于導(dǎo)電材料中可以很好的改善其導(dǎo)電性和體積效應(yīng),從而可以有交提升電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,增強(qiáng)三氧化二鐵電化學(xué)性能。在電能存儲器件中,電池因其充放電速率較慢,從而限制了其在大電流充放電或是快速充放電場合的應(yīng)用。電容器因其能夠快速充放電的獨(dú)特性質(zhì),在很多場合被廣泛使用。中空的金屬氧化物材料因其獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu),有利于電子與離子快速進(jìn)出電極材料,且能夠改善充放電過程中不可避免的體積效應(yīng),減緩多次循環(huán)后容量急劇衰減,有利于維持電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,從而吸引了大量關(guān)注與研究。石墨烯基電極材料中以包覆結(jié)構(gòu)最為引人關(guān)注。石墨烯包覆的金屬氧化物用作電極材料能夠充分利用金屬氧化物的儲鋰特性,石墨烯的導(dǎo)電性,石墨烯作為結(jié)構(gòu)骨架的機(jī)械性能,能夠緩慢充放過程中的體積效應(yīng),增強(qiáng)復(fù)合材料導(dǎo)電性,從而提高電極材料電化學(xué)性能,目前被研究人員認(rèn)為具有優(yōu)秀應(yīng)用前景。本課題利用氧化石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與性質(zhì),制備出了氧化石墨烯包覆的中空的粒徑可控的三氧化二鐵復(fù)合材料GHFs,并測試其鋰離子電池的電化學(xué)性能與電容器性能。具體研究結(jié)果如下：1.以氧化石墨烯為基底,采用一步水熱法制備出石墨烯包覆的三氧化二鐵,作為電極材料,在100 mA g-1下,用恒定電流充放電,循環(huán)50次后,鋰電容量仍在420 mAh g-1,并且在高電流密度1000 mA g-1下,容量仍高達(dá)230 mAh g-1。該材料說明三氧化鐵顆粒間的石墨烯具有提高材料的導(dǎo)電性能作用。2.進(jìn)一步改善反應(yīng)條件,通過控制反應(yīng)原料,反應(yīng)溶劑,反應(yīng)條件,制備出顆粒大小均勻,且顆�？梢钥刂品植紡�2000 nm至50 nm,且大于300 nm的顆粒為明顯中空結(jié)構(gòu)。將上述制備所得材料用于鋰離子電池,測試所得結(jié)果優(yōu)異,以300 nm大小三氧化二鐵顆粒為例,作為電極材料,在100 mA g-1,循環(huán)50次后,其鋰離子電池性能950 mA h g-1,并且在高電流密度1000 mA g-1下,容量仍高達(dá)640 mAh g-1。該材料說明三氧化鐵顆粒大小,中空結(jié)構(gòu),石墨烯和三氧化二鐵之間的協(xié)同作用,石墨烯包覆結(jié)構(gòu)不僅可以提高材料的傳輸電子速度和脫嵌鋰離子能力,而且可以減緩GHFs的體積效應(yīng),從而提高復(fù)合材料的鋰離子電池性能。3.將上述制備得到復(fù)合材料用于超級電容器測試,以300nm大小三氧化二鐵顆粒為例,在1Ag-1條件下,其容量密度為350Fg-1,循環(huán)500次以后,基容量密度幾乎不變。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ138.11;TB332
【目錄】：

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