在新型電化學(xué)儲(chǔ)能體系中,鋰離子電容器作為鋰離子電池及雙電層超級(jí)電容器“內(nèi)部混合”新型儲(chǔ)能器件,具有高能量密度、高功率密度、工作電壓范圍寬、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí),以單質(zhì)硫?yàn)檎龢O、鋰為負(fù)極的鋰硫電池（Lithium Sulfur Battery,LSB）具有高理論比能量、單質(zhì)硫價(jià)格低廉、豐度高等明顯優(yōu)勢(shì)。近些年這兩種新型儲(chǔ)能器件均得到大力研究與發(fā)展,以滿(mǎn)足人們對(duì)便攜式電子設(shè)備、綠色新能源汽車(chē)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的需求。目前鋰離子電容器面臨的主要問(wèn)題是正負(fù)極容量以及動(dòng)力學(xué)速率不匹配,這嚴(yán)重影響了鋰離子電容器的倍率性能及循環(huán)性能。以碳材料作為負(fù)極,活性炭作為正極的LIC來(lái)解決上述問(wèn)題的研究最為廣泛。LSB因單質(zhì)硫?qū)щ娦圆�、多硫化物的穿梭效�?yīng)等問(wèn)題,使得鋰硫電池極化和自放電現(xiàn)象嚴(yán)重、倍率及循環(huán)性能差。目前主要通過(guò)設(shè)計(jì)硫宿主碳材料,利用碳材料、聚合物、無(wú)機(jī)物修飾隔膜兩種方式來(lái)解決上述問(wèn)題,其中N元素?fù)诫s碳材料研究較為廣泛,而關(guān)于本征石墨烯作為硫宿主材料以及S摻雜石墨烯修飾隔膜協(xié)同解決上述鋰硫問(wèn)題的研究報(bào)道較少。為解決上述問(wèn)題,本論文以設(shè)計(jì)高比表面積、豐富孔道結(jié)構(gòu)、具有大量缺陷活性位點(diǎn)和優(yōu)異導(dǎo)電性... 

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碳不同維度結(jié)構(gòu)示意圖

第1章文獻(xiàn)綜述-3-成為費(fèi)米點(diǎn)和狄拉克點(diǎn)），在此處電子由于受周?chē)Ц駝?shì)場(chǎng)的作用載流子遷移率很大。研究表明石墨烯的力學(xué)性質(zhì)可達(dá)到理論楊氏模量1.0TPa；電學(xué)性質(zhì)方面在室溫下的載流子遷移率為2×105cm2V-1s-1，遠(yuǎn)高于硅基材料的載流子遷移率，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性；熱學(xué)性質(zhì)方面其導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5000WmK-1以及在光學(xué)性質(zhì)方面具有很好的透光率，同時(shí)石墨烯還具有超大理論比表面積2630m2g-1[11,13-15]。圖1.2石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)（a）和能帶結(jié)構(gòu)（b）示意圖[12]Fig.1.2Schematicdiagramlatticestructure(a)andenergybandstructure(b)ofgraphene1.1.2摻雜石墨烯的結(jié)構(gòu)特性石墨烯價(jià)帶與導(dǎo)帶在布里淵區(qū)互相接觸為零帶隙材料，其制成的晶體管通常因開(kāi)關(guān)比低無(wú)法被柵極控制，所以在電子器件應(yīng)用領(lǐng)域受到限制[16]。若想將石墨烯應(yīng)用于半導(dǎo)體電子等更多領(lǐng)域，則需要打開(kāi)帶隙。研究表明元素?fù)诫s是調(diào)整電子、改變化學(xué)及磁性性質(zhì)的有效方法[17,18]，通過(guò)在sp2碳上進(jìn)行化學(xué)摻雜產(chǎn)生sp3碳缺陷，摻雜原子侵入完美的六邊形原始石墨烯薄片上將不可避免地引起結(jié)構(gòu)和電子扭曲，從而改變費(fèi)米能級(jí)帶隙、局域電子態(tài)、自旋密度，打開(kāi)石墨烯帶隙，提高石墨烯的載流子濃度并改善其電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等性質(zhì)[19]。石墨烯摻雜效果在很大程度上取決于摻雜劑的類(lèi)型、濃度及其摻雜原子在石墨烯體系中的位置，一般摻雜元素分別為N、S、B、P、O以及鹵族元素?fù)诫s或多元素?fù)诫s[20,21]。根據(jù)摻雜效果的類(lèi)型，主要可以分為n型摻雜和p型摻雜（圖1.3所示）[22]，當(dāng)摻雜劑最高占據(jù)分子軌道（HighestOccupiedMolecularOrbital，HOMO）高于石墨烯費(fèi)米能級(jí)，則電荷由摻雜劑向石墨烯層轉(zhuǎn)移，為n型摻雜。另一方面，對(duì)于最低未占據(jù)分子軌道（LowestUnoccupiedMolecularOrbital，LUMO）低于石墨烯費(fèi)米

中國(guó)石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文-4-摻雜劑的HOMO/LUMO，吸附質(zhì)相對(duì)于石墨烯平面的方向和距離也影響每個(gè)分子電荷轉(zhuǎn)移量從而影響摻雜類(lèi)型。圖1.3石墨烯摻雜能帶結(jié)構(gòu)圖，由a至c分別為n型摻雜、本征、p型摻雜石墨烯[22]Fig.1.3Energybandstructurediagramofdopedgraphene,fromatocaren-typedoped,intrinsicandp-typedopedgraphene,respectively1.1.3摻雜石墨烯的制備方法目前，摻雜石墨烯材料制備方法主要分為原位摻雜法和后處理法。原位摻雜法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)石墨烯合成和雜原子摻雜，包括化學(xué)氣相沉積（ChemicalVaporDeposition，CVD）[23-27]、球磨法[28-30]和自下而上有機(jī)合成法[31-33]。后處理方法主要包括熱退化法[34,35]、濕化學(xué)方法[36,37]、等離子體[38-40]和電弧放電[41]等方法，以下就摻雜石墨烯主要制備方法進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)。（1）化學(xué)氣相沉積法CVD法制備摻雜石墨烯一般是引入含有所需摻雜元素的固體、液體或氣體前驅(qū)體原子與碳源，在金屬基體或者其他模板劑上通過(guò)高溫手段將其分解最終形成摻雜石墨烯。許多CVD方法已經(jīng)可以合成大面積、連續(xù)以及無(wú)缺陷的單層或少層石墨烯薄膜[42,43]。該法催化生長(zhǎng)機(jī)制使得石墨烯摻入雜原子成為一種簡(jiǎn)便的途徑。在石墨烯薄膜的形成過(guò)程中，雜原子可直接進(jìn)入石墨烯碳晶格。在某些情況下，碳和外來(lái)雜原子共同反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)多種元素的共摻雜，從而使得共摻雜劑之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。最常用的前驅(qū)體一般為氣體，因?yàn)閾诫s水平可以很容易地由流速控制摻雜比例。2009年Wei等[26]報(bào)道了以CH4和NH3為碳源和氮源制備N(xiāo)摻雜石墨烯，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)溫度、碳源及氮源的比例對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)均有明顯的影響，并發(fā)現(xiàn)摻雜前后處在空氣氛圍下的石墨烯發(fā)生了由p型變?yōu)閚型半導(dǎo)體性質(zhì)的轉(zhuǎn)變。2014年ZegaoWang等[27]利用固態(tài)三聚氰胺作為氮?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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