本文關(guān)鍵詞：石墨烯基復(fù)合材料的制備及其在能源材料中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石墨烯因具有較大的比表面積,優(yōu)秀的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性,推進(jìn)了其在能源存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)化、生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展,也為石墨烯基復(fù)合材料的發(fā)展提供了新契機(jī)。而由石墨烯基復(fù)合材料構(gòu)筑的多孔材料擁有更多優(yōu)異的性能。石墨烯可以增強(qiáng)孔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、材料的導(dǎo)電性,多孔性能夠促進(jìn)電解液的浸潤(rùn),縮短電子的傳輸路徑。但目前的制備方法中,金屬氧化物的生長(zhǎng)以及孔徑大小可控性很差,不能很好的發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)。本論文主要采用兩種策略：(1)選用了兩種聯(lián)接體--碳包覆和導(dǎo)電聚合物,用來強(qiáng)化金屬氧化物納米顆粒和石墨烯的粘結(jié)性,保護(hù)金屬氧化物納米顆粒以及調(diào)節(jié)它的均勻分布；(2)將復(fù)合材料構(gòu)造成多孔材料,有針對(duì)性的控制孔的尺寸,來實(shí)現(xiàn)氧化物納米顆粒的可控生長(zhǎng)以及孔尺寸的有效控制。本文中還設(shè)計(jì)了不同的實(shí)驗(yàn)方案來實(shí)現(xiàn)材料的不同應(yīng)用,并對(duì)這些復(fù)合材料進(jìn)行表征以及性能的測(cè)試。具體研究?jī)?nèi)容如下：(1)三維有序大孔碳包覆四氧化三鐵／石墨烯復(fù)合材料的制備。采用冰模板的方法,通過引入交聯(lián)劑聚乙烯醇(PVA),將FeOOH/GO二維片層構(gòu)筑成為三維有序大孔結(jié)構(gòu),熱處理過程中PVA轉(zhuǎn)變?yōu)樘?形成碳包覆結(jié)構(gòu)。制備出的C-Fe3O4/G復(fù)合材料,三維大孔有序排列,不但能夠促進(jìn)電解液的擴(kuò)散,縮短Li+的傳遞途徑,還能夠減小高電流密度下電極的極化；碳層可以有效的降低Li+的傳輸電阻,緩解Fe304納米顆粒的體積膨脹。作為鋰離子電池負(fù)極材料,C-Fe3O4/G(Fe304負(fù)載量為60%)在充放電過程中容量持續(xù)增長(zhǎng),電流密度為0.2Ag-1時(shí),200圈后的可逆容量仍可達(dá)到1065 mAhg-1;甚至在8Ag-1的大電流下,容量仍能達(dá)到470 mA h g-1。(2)二維多孔氮摻雜碳石墨烯復(fù)合材料的制備。采用原位聚合的方法,引入導(dǎo)電聚合物聚苯胺,以聚苯胺-氧化石墨烯作為基底來生長(zhǎng)SnO2,構(gòu)建三元的二維納米雜化材料。熱處理之后用酸刻蝕掉金屬顆粒,得到孔徑均一且分布均勻的二維多孔氮摻雜碳／石墨烯復(fù)合材料。通過表征可知,制備材料有著豐富的介孔和微孔,能夠提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)。作為燃料電池的陰極催化劑,表現(xiàn)出優(yōu)異的氧還原性能。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 金屬氧化物 聚合物 鋰離子電池 燃料電池
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 石墨烯概述10-15
• 1.1.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.2 石墨烯的性質(zhì)11-12
• 1.1.3 石墨烯的制備12-15
• 1.2 石墨烯基材料15-17
• 1.2.1 石墨烯—無機(jī)納米復(fù)合材料15-16
• 1.2.2 石墨烯—聚合物復(fù)合材料16-17
• 1.2.3 多孔石墨烯材料17
• 1.3 性能及其應(yīng)用17-21
• 1.3.1 鋰離子電池17-19
• 1.3.2 燃料電池催化劑19-21
• 1.4 本文研究思路及研究?jī)?nèi)容21-23
• 1.4.1 選題背景21
• 1.4.2 研究策略21-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分23-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備23-24
• 2.2 材料結(jié)構(gòu)表征24-25
• 2.3 材料性能表征25-28
• 2.3.1 電池組裝和電化學(xué)性能表征25-26
• 2.3.2 氧還原催化劑的配制和催化性能表征26-28
• 第三章 三維有序大孔碳包覆四氧化三鐵/石墨烯復(fù)合材料及其鋰電性能研究28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 C-Fe_3O_4/G復(fù)合材料的設(shè)計(jì)28-29
• 3.3 C-Fe_3O_4/G復(fù)合材料的制備29-30
• 3.3.1 氧化石墨烯的制備29
• 3.3.2 C-Fe_3O_4/G復(fù)合材料的制備29-30
• 3.4 C-Fe_3O_G復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征30-34
• 3.4.1 形貌表征30-32
• 3.4.2 熱重分析32-33
• 3.4.3 晶相分析33
• 3.4.4 比表面積分析33-34
• 3.5 C-Fe_3O_4/G復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究34-39
• 3.5.1 循環(huán)伏安分析34-35
• 3.5.2 充放電特性分析35
• 3.5.3 循環(huán)性能和倍率性能35-37
• 3.5.4 阻抗分析37-38
• 3.5.5 結(jié)果與討論38-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 二維多孔氮摻雜碳/石墨烯復(fù)合材料及其氧還原性能研究40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 M-NCG復(fù)合材料的設(shè)計(jì)40-41
• 4.3 M-NCG復(fù)合材料的制備41-42
• 4.3.1 氧化石墨烯的制備41
• 4.3.2 M-NCG復(fù)合材料的制備41-42
• 4.4 M-NCG復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征42-46
• 4.4.1 形貌表征42-43
• 4.4.2 晶相分析43-44
• 4.4.3 熱重分析44
• 4.4.4 比表面積分析44-45
• 4.4.5 XPS結(jié)果分析45-46
• 4.5 M-NCG復(fù)合材料的氧還原催化性能表征46-48
• 4.6 本章小結(jié)48-49
• 第五章 本文總結(jié)與展望49-50
• 5.1 本文總結(jié)49
• 5.2 展望49-50
• 參考文獻(xiàn)50-61
• 致謝61-62
• 攻讀學(xué)位期間所開展的科研項(xiàng)目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62-63

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