本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯硫化物復(fù)合材料的制備及其儲能的研究

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【摘要】：石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維新型納米材料,自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來,便引起了廣泛關(guān)注與研究。石墨烯具有獨(dú)特的熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和化學(xué)性質(zhì)使得它在很多領(lǐng)域的都有廣泛的應(yīng)用。在強(qiáng)π-π鍵的作用下,單個的石墨烯片聚合堆積在了一起,大大減少了其比表面積,并且高導(dǎo)電性的石墨烯因為交叉接觸而內(nèi)阻較大而導(dǎo)電性大大降低。為了克服這個障礙,一個可能的解決辦法就是制備具有高電導(dǎo)率、大表面積、大孔隙率的石墨烯三維結(jié)構(gòu)。由于運(yùn)用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備的三維石墨烯具有良好的導(dǎo)電性,高孔隙率,密度低,和大的比表面積,因此三維石墨烯復(fù)合材料是一種合成新的電極材料的很好的選擇。本論文主要從三維石墨烯材料出發(fā),將三維石墨烯與其它電極活性材料復(fù)合,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能等方面的改性,使得制備出的復(fù)合材料在超級電容器、鋰離子電池以及電催化析氫中具有更好的電化學(xué)性能。我們的研究工作主要有以下幾個方面：在第三章中,論述了基于三維(3D)泡沫鎳／石墨烯/C03S4復(fù)合材料(Ni/G/CS)的制備及其在超級電容器中的性能研究。在這部分工作中,以泡沫鎳為支撐模板,通過CVD的方法生長石墨烯,再通過水熱反應(yīng)制備了3D Ni/G/CS。3D Ni/G/CS電極具有很高的電容和出色的循環(huán)穩(wěn)定性,它在8000次循環(huán)之后保持了97.8%的容量。這是由于,覆蓋于三維泡沫鎳上單層、高質(zhì)量的石墨烯是連續(xù)的具有優(yōu)異的導(dǎo)電性,為電子提供了高速通道,在石墨烯的表面上中空C03S4納米球的形成連續(xù)C03S4膜,接觸面積大大的增加,從而使得更有效的電荷傳輸和大大的提高其電容。泡沫鎳可提供很好的機(jī)械支持,并且石墨烯可以提高材料在與大電流密度充放電過程的穩(wěn)定性。在第四章中,論述了基于3D MoS2@泡沫石墨烯(MoS2@GF)的復(fù)合材料的制備及其在鋰離子電池和電催化析氫中的的應(yīng)用研究。在這部分工作中,通過化學(xué)氣相沉積法在泡沫鎳上沉積石墨烯,然后利用鹽酸把泡沫鎳刻蝕掉,通過原位水熱制備的方法制備了3D蓮房狀的MoS2@GF復(fù)合材料(RNL MOS2@GF)。通過形貌結(jié)構(gòu)分析我們發(fā)現(xiàn),石墨烯的加入改變了MoS2的結(jié)構(gòu),形成了規(guī)則的RNLMoS2@GF整體框架結(jié)構(gòu)。由于3D GF和MoS2的這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),這種復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能,包括優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性(400個循環(huán)后容量保持率約為95%)；作為催化劑時在酸性條件下的析氫,表現(xiàn)出高的催化活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性這些結(jié)果表明,基于RNLMoS2@GF材料在鋰離子電池負(fù)極材料和電催化析氫領(lǐng)域中具有很重要的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：三維石墨烯 四硫化三鈷 二硫化鉬 鋰離子電池 超級電容器 電催化析氫
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;O646
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 石墨烯11-16
• 1.1.1 石墨烯的基本概念11-12
• 1.1.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)12-14
• 1.1.3 石墨烯的制備方法14-16
• 1.2 三維泡沫石墨烯16-19
• 1.2.1 三維泡沫石墨烯的基本概念16
• 1.2.2 三維泡沫石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用16-17
• 1.2.3 三維泡沫石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用17-19
• 1.2.4 三維泡沫石墨烯在電催化析氫中的應(yīng)用19
• 1.3 過渡金屬硫化物19-21
• 1.4 本研究課題的目的與內(nèi)容21-22
• 1.4.1 研究的目的21
• 1.4.2 研究的內(nèi)容21-22
• 第2章 材料的制備及測試方法22-31
• 2.1 實驗部分22-24
• 2.1.1 實驗儀器與設(shè)備22-23
• 2.1.2 實驗材料23-24
• 2.2 極片的制備及測試方法24-28
• 2.2.1 超級電容器電極的制備及測試方法24-27
• 2.2.2 鋰離子電池極片的制備、組裝及測試方法27-28
• 2.2.3 電催化析氫電極的制備及測試方法28
• 2.3 材料的物理表征28-31
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡分析(SEM)28-29
• 2.3.2 透射電子顯微鏡分析(TEM)29
• 2.3.3 X射線衍射分析(XRD)29
• 2.3.4 熱重分析(TG-DTA)29-30
• 2.3.5 拉曼光譜分析30
• 2.3.6 EDS能譜分析30-31
• 第3章 三維泡沫鎳/石墨烯/四硫化三鈷在超級電容器中的應(yīng)用31-42
• 3.1 前言31
• 3.2 材料的合成31-32
• 3.2.1 三維泡沫鎳/石墨烯的合成31-32
• 3.2.2 三維泡沫鎳/石墨烯/四硫化三鈷的合成32
• 3.3 結(jié)果與討論32-41
• 3.3.1 材料的結(jié)構(gòu)和形貌分析32-36
• 3.3.2 超電容性能的研究36-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 三維石墨烯二硫化鉬在鋰離子電池和電催化析氫中的應(yīng)用42-56
• 4.1 前言42-43
• 4.2 材料的合成43
• 4.2.1 3D RNL MoS_2@GF的合成43
• 4.2.2 設(shè)計的各種對比實驗43
• 4.3 結(jié)果與討論43-54
• 4.3.1 材料的結(jié)構(gòu)和形貌分析43-46
• 4.3.2 鋰電性能的研究46-51
• 4.3.3 電催化析氫性能的研究51-52
• 4.3.4 全框架結(jié)構(gòu)52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-68
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄68-69
• 致謝69

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本文編號：720963