在新型電化學(xué)儲能體系中,鋰離子電容器作為鋰離子電池及雙電層超級電容器“內(nèi)部混合”新型儲能器件,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。與此同時,以單質(zhì)硫為正極、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)硫價格低廉、豐度高等明顯優(yōu)勢。近些年這兩種新型儲能器件均得到大力研究與發(fā)展,以滿足人們對便攜式電子設(shè)備、綠色新能源汽車、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題是正負(fù)極容量以及動力學(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來解決上述問題的研究最為廣泛。LSB因單質(zhì)硫?qū)щ娦圆睢⒍嗔蚧锏拇┧笮?yīng)等問題,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。目前主要通過設(shè)計硫宿主碳材料,利用碳材料、聚合物、無機物修飾隔膜兩種方式來解決上述問題,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)同解決上述鋰硫問題的研究報道較少。為解決上述問題,本論文以設(shè)計高比表面積、豐富孔道結(jié)構(gòu)、具有大量缺陷活性位點和優(yōu)異導(dǎo)電性... 

【文章來源】：中國石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳不同維度結(jié)構(gòu)示意圖

第1章文獻(xiàn)綜述-3-成為費米點和狄拉克點），在此處電子由于受周圍晶格勢場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關(guān)比低無法被柵極控制，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，從而改變費米能級帶隙、局域電子態(tài)、自旋密度，打開石墨烯帶隙，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）高于石墨烯費米能級，則電荷由摻雜劑向石墨烯層轉(zhuǎn)移，為n型摻雜。另一方面，對于最低未占據(jù)分子軌道（LowestUnoccupiedMolecularOrbital，LUMO）低于石墨烯費米

中國石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文-4-摻雜劑的HOMO/LUMO，吸附質(zhì)相對于石墨烯平面的方向和距離也影響每個分子電荷轉(zhuǎn)移量從而影響摻雜類型。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。原位摻雜法可同時實現(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)以及無缺陷的單層或少層石墨烯薄膜[42,43]。該法催化生長機制使得石墨烯摻入雜原子成為一種簡便的途徑。在石墨烯薄膜的形成過程中，雜原子可直接進(jìn)入石墨烯碳晶格。在某些情況下，碳和外來雜原子共同反應(yīng)，可實現(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，因為摻雜水平可以很容易地由流速控制摻雜比例。2009年Wei等[26]報道了以CH4和NH3為碳源和氮源制備N摻雜石墨烯，發(fā)現(xiàn)生長溫度、碳源及氮源的比例對石墨烯的結(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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