石墨烯—铁氧体纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-05-01 21:02

  本文关键词：石墨烯—铁氧体纳米复合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】：随着人们对能源和环境问题的重视,以锂离子电池为代表的一系列清洁能源存储器的开发得到了广泛关注。与传统的碳基类负极材料相比,过渡金属氧化物因为其更大的理论比容量而被认为是极有前途的负极材料。资源丰富,环境友好,价格低廉的磁性尖晶石型铁氧体成为下一代商业化应用电极材料的有力争夺者。石墨烯,作为一种新型碳基材料,由于其优良的导电性、超薄厚度、极大的比表面积和柔性结构,被广泛用于制备各种复合材料。在石墨烯-铁氧体复合材料中,石墨烯不仅作为结构缓冲器缓解体积变化和防止铁氧体颗粒之间的聚合的问题,还可以提供了一个额外的导电网络促进电子传输和锂离子扩散,改善了铁氧体导电性能较差的缺陷,从而提高了铁氧体的电化学性能。本文采用溶剂/水热法制备了多种尖晶石型铁氧体与还原氧化石墨烯的二元复合材料,并针对其电化学性能做了详细讨论。此外,还探讨了这些二元元复合材料的复合机理与石墨烯含量对复合材料的电化学的影响。具体内容如下:(1)以天然石墨粉为原料,以乙二醇为还原剂,采用改进型Hummers制备还原氧化石墨烯(RGO)。结果表明,氧化石墨烯表面绝大数含氧官能团被还原。在还原反应的影响下,RGO片层表面褶皱程度增加,片层层数变多。(2)以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,采用简单溶剂热法制备石墨烯/空心四氧化三铁二元纳米复合材料。生长的在石墨烯片层上的空心四氧化三体粒径约为250-400 nm,还原氧化石墨烯包覆在空心Fe3O4二元复合材料表面。石墨烯的引入极大地提高了纯空心四氧化三铁作为锂离子电池负极材料时的电化学性能,该复合材料在当电流密度100 mA·g-1,电压范围0.001~3.0 V条件下进行充放电时,其首圈放电容量高达1314.5 m Ah·g-1,首圈可逆比容量为1013.4 mAh·g-1,皆高于理论比容量值,100次循环后,可逆比容量任有885.2 mAh·g-1,同时显示出优秀的倍率性能。(3)采用溶剂热法合成了RGO-镍铁氧体纳米复合材料,在600℃下热处理两个小时,石墨烯纳米片显著抑制了镍铁氧体纳米颗粒的聚集以及维持总体样品的良好的导电性。探讨了不同石墨烯含量对该复合材料的电化学性能影响。测试结果显示,当石墨烯参量为20 wt%时,该材料具有最佳的初始比容量(1198 m Ah·g-1)和循环性能(100圈后保持872 m Ah·g-1),且倍率性能优异。(4)采用水热法一步合成了石墨烯-锌铁氧体纳米复合材料。均匀分散在RGO片层上的锌铁氧体颗粒粒径约为10-20 nm。电化学测试结果表明,石墨烯的引入大大提高了铁氧体电化学性能:100 m A·g-1电流密度下,首圈放电容量高达1475mAh·g-1,首圈可逆容量为860 mAh·g-1,100次循环后容量几乎无衰减。
【关键词】：还原氧化石墨烯 铁氧体 复合材料 电化学性能 容量
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-30
• 1.1 引言11
• 1.2 锂离子电池概述11-15
• 1.2.1 二次锂离子电池的各部分组成部件及其特点11-14
• 1.2.2 二次锂离子电池的工作原理14-15
• 1.3 锂离子电池负极材料发展15-22
• 1.3.1 锂离子电池负极材料的选择标准16-17
• 1.3.2 碳基负极材料17-20
• 1.3.3 合金类负极材料20-21
• 1.3.4 钛基类负极材料21
• 1.3.5 氧化物类负极材料21-22
• 1.4 铁氧体电极材料22-27
• 1.4.1 铁氧体材料晶体结构22-23
• 1.4.2 铁氧体负极材料存在问题23-24
• 1.4.3 铁氧体负极材料性能改进方案24-27
• 1.5 石墨烯的研究进展27-29
• 1.5.1 石墨烯的性能27
• 1.5.2 石墨烯的制备27-29
• 1.6 本论文主要研究内容29-30
• 第二章 合成方法与实验所需药品及设备30-36
• 2.1 实验30-33
• 2.1.1 合成方法30-31
• 2.1.2 实验药剂31-32
• 2.1.3 实验仪器32-33
• 2.2 结构表征33
• 2.3 电化学测试33-36
• 第三章 氧化石墨烯及石墨烯的制备及其表征36-41
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验37-38
• 3.2.1 氧化石墨烯的制备过程37-38
• 3.2.2 氧化石墨的还原38
• 3.3 结果与讨论38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 石墨烯-空心四氧化三铁复合材料的制备及电化学性能41-53
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验42-44
• 4.2.1 石墨烯-空心四氧化三铁（HFR）纳米复合材料的制备42-43
• 4.2.2 负极材料的制备43-44
• 4.3 结果与讨论44-52
• 4.3.1 HFR纳米复合材料的表征44-48
• 4.3.2 HFR纳米复合材料的电化学性能48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 石墨烯-镍铁氧体复合材料的制备及电化学性能53-66
• 5.1 引言53
• 5.2 实验53-55
• 5.2.1 石墨烯-镍铁氧体（NFR）纳米复合材料的制备53-55
• 5.2.2 负极材料的制备55
• 5.3 结果与讨论55-64
• 5.3.1 NFR纳米复合材料的表征55-59
• 5.3.2 NFR纳米复合材料的电化学性能59-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第六章 石墨烯-锌铁氧体复合材料的制备及电化学性能66-79
• 6.1 引言66
• 6.2 实验66-68
• 6.2.1 石墨烯-锌铁氧体（ZFR）纳米复合材料的制备66-67
• 6.2.2 负极材料的制备67-68
• 6.3 结果与讨论68-77
• 6.3.1 ZFR纳米复合材料的表征68-72
• 6.3.2 ZFR纳米复合材料的电化学性能72-77
• 6.4 本章小结77-79
• 第七章 结论79-81
• 参考文献81-92
• 致谢92-93
• 在校期间发表论文以及其他科研成果93

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年

7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

  本文关键词：石墨烯—铁氧体纳米复合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。

，

本文编号：339616