石墨烯基金属氧化物纳米材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-04-07 14:07

  本文关键词：石墨烯基金属氧化物纳米材料的制备及其电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的不断发展,人们对材料的性能要求越来越高,单一性质的纳米材料已经不能满足目前的需要,发展具有更优异特性的纳米复合材料成为纳米材料发展的必然趋势。单一纳米材料具有表面效应、体积效应和量子尺寸效应,纳米复合材料不仅具有单一纳米材料的基本性能,还具有可以综合发挥各种组分的协同效能。同时材料的复合能够增大多种组分的接触面积,同时也改善了单一粒子的表面性质,纳米复合材料有更强的的性能的可设计性和加工性。由于石墨烯具有独特的结构柔韧性、超高的电导率、巨大的比表面积、及优异的热稳定性,石墨烯及其衍生物在纳米材料的制备与应用领域具有广阔的发展前景,将石墨稀及其衍生物与其他功能纳米材料相结合制备石墨稀基纳米复合材料,是拓展石墨烯应用范围的有效途径。石墨烯基纳米复合材料在催化、传感器、储能等诸多领域具有非常广泛的应用。而石墨烯基纳米复合材料的合成是拓展石墨烯应用的关键。目前常用来合成得到石墨烯基纳米复合材料方法有原位结晶法,电沉积法,溶液法等等,但这些传统的方法通常过程比较复杂。本论文主要以发展高压静电纺丝法制备石墨烯内嵌纳米复合材料及溶液蒸发法制备氧化石墨烯包覆纳米复合材料为研究内容,并考察所得到的石墨烯基纳米复合材料相关的电化学性能。(1)先利用高压静电纺丝结合热处理的方法直接得到石墨烯/二氧化锡复合纳米纤维(SnO2@G),再利用溶剂蒸发法在复合纳米纤维外包裹氧化石墨烯,通过XRD、SEM、TEM、BET等对产物进行测试,测试结果表明制备一种多层结构的石墨烯/二氧化锡/氧化石墨烯纳米复合材料(SnO2@G-GO)。实验过程中,对比工业Sn02粉末,电纺的Sn02和SnO2@G纳米复合纤维,结果发现,工业或者静电纺丝的Sn02传感器的灵敏度都比较高,但是其响应恢复时间比较长(10 s)；而SnO@G纳米复合纤维保持相对较低的灵敏度,并且响应恢复时间均有极大提高(2 s和4 s)；其中SnO@G-GO纳米复合材料保持较高的灵敏度,并且响应恢复时间提高至小于1 s,同时进行四次以上的动态测试,可以观察到SnO2@G-GO纳米复合材料传感器具有较稳定的湿敏传感性能。研究结果表明,石墨烯或者氧化石墨烯能有效提高的Sn02湿敏传感性能。(2)直接通过静电纺丝结合热处理得到钼酸钴(COMoO4)纳米纤维和藕节状石墨烯/钼酸钴纳米纤维(COMiO4@G)。通过X RD、TEM、SEM、BET等进行形貌结构表征,通过锂电测试系统进行锂电负极储能性能的研究。结果表明藕节状CoMoO4@G纳米纤维具有更高的可逆容量(在100 mA g-1的电流密度下,保持735 mAh g-1左右的容量),优异的循环性能(从50个循环到200个循环几乎没有衰减)。相比之下,静电纺丝纯的C0M004纳米纤维在85个充放电循环过后,比容量只有321 mAh g-1,衰减为首次容量的三分之一左右。并且循环十次后,C0M004纳米纤维已经塌坏,而藕节状CoMoO4@G纳米纤维还保持纤维状。研究结果表明,石墨烯能有效改善C0M004的锂离子储能性能。
【关键词】：石墨烯 氧化石墨烯 二氧化锡 钼酸钴 静电纺丝 纳米复合材料 湿敏传感 锂离子电池
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O646
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 石墨烯及石墨烯基纳米复合材料14-17
• 1.3 高压静电纺丝制备石墨烯内嵌纳米复合材料17-20
• 1.3.1 静电纺丝技术原理及影响因素17-19
• 1.3.2 静电纺丝技术的应用19-20
• 1.3.3 静电纺丝技术的优势和发展现状20
• 1.4 石墨烯基纳米复合材料在湿敏传感器的应用20-22
• 1.4.1 湿敏传感器的简介20-21
• 1.4.2 石墨烯及其衍生物用作湿敏传感器21
• 1.4.3 二氧化锡用作湿敏传感器21-22
• 1.5 石墨烯基纳米复合材料在锂离子电池储能中的应用22-24
• 1.5.1 过渡金属氧化物用作锂电负极材料22-23
• 1.5.2 石墨烯改性过渡金属氧化物用作锂电负极材料23-24
• 1.6 本文研究意义、目的及内容24-25
• 第2章 实验方法及测试方法25-30
• 2.1 材料制备25-26
• 2.1.1 实验材料25
• 2.1.2 实验所需设备25-26
• 2.1.3 主要的测试仪器26
• 2.2 材料表征26-28
• 2.2.1 X-ray衍射表征(XRD)26
• 2.2.2 扫描电子显微镜表征(SEM)26-27
• 2.2.3 透射电子显微镜表征(TEM)27
• 2.2.4 比表面积表征(BET)27
• 2.2.5 拉曼光谱(Raman)表征27
• 2.2.6 X射线光电子能谱(XPS)分析27-28
• 2.3 湿敏传感器电极制备及性能测试28
• 2.3.1 湿敏传感器的制备和测试条件28
• 2.3.2 湿敏性能测试28
• 2.4 锂离子电池负极极片的制备及半电池的组装28-30
• 2.4.1 锂离子电极制备28-29
• 2.4.2 锂离子电极测试条件29-30
• 第3章 SnO_2@G-GO纳米复合材料的制备及其湿敏性能30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 实验部分30-32
• 3.2.1 SnO_2和SnO_2@G纳米纤维合成30-31
• 3.2.2 SnO_2@G-GO纳米复合材料合成31
• 3.2.3 SnO_2@G和SnO_2@G-GO纳米复合材料合成过程分析31-32
• 3.3 实验分析结果与讨论32-39
• 3.3.1 形貌的表征与分析32-35
• 3.3.2 湿度传感性能分析35-37
• 3.3.3 湿敏机理探讨分析37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 CoMoO_4@G纳米纤维的制备及其锂电性能研究40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 CoMoO_4和CoMoO_4@G纳米纤维合成40-41
• 4.2.2 CoMoO_4和CoMoO_4@G纳米纤维合成过程分析41
• 4.3 材料表征及电化学性能分析41-48
• 4.3.1 材料表征分析41-44
• 4.3.2 材料的电化学性能测试分析44-48
• 4.4 本章小结48-49
• 结论与展望49-51
• 参考文献51-61
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文61-62
• 致谢62

  本文关键词：石墨烯基金属氧化物纳米材料的制备及其电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：290596