Fe 3 O 4 /N-rGO复合材料的制备及其电化学电容性能
发布时间：2022-01-19 01:59
通过简单的一步水热法成功制备了Fe3O4/氮掺杂还原石墨烯（Fe3O4/N-r GO）复合物电极材料。采用X-射线衍射、X-射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜等手段对其结构和形貌进行了表征,用循环伏安法、交流阻抗和恒电流充放电等方法研究了所制备材料的电化学性能。结果表明,Fe3O4/N-rGO具有更高的比电容和更好的循环稳定性,在0.5A/g的电流密度下,其比电容高达291.7F/g,远高于纯的Fe3O4和纯的NrGO的比电容。这是由于小粒径Fe3O4的加入大大降低了石墨烯的团聚,两者间的协同作用使复合物的比电容得到了提高。
【文章来源】：化学通报. 2016,79(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO复合物的XRD图
图1N-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO复合物的XRD图Fig．1XRDpatternsofN-rGO、Fe3O4andFe3O4/N-rGOcomposite2.2SEM测试分析图2N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO复合物(c)的FESEM图像Fig．2FESEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)图2为N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的FESEM图。从图2a可以观察到Gr典型的褶皱形貌，由单层或少层Gr薄片组成，具有很大的比表面积。由Fe3O4的FESEM图(图2b)可以明显观察到Fe3O4粒子呈现球状，粒径大小不均匀，且趋向于聚集成更大粒子，这是由于粒子自身具有磁性而出现的团聚现象，这对其比电容的提高有一定的阻碍作用。图2c是Fe3O4/rGO复合物的FESEM图片，与纯Gr和纯Fe3O4比较，Gr片层骨架上分散有大量类似球状的Fe3O4粒子，这说明Gr与Fe3O4的复合在一定程度上减小了两者的团聚，增加了复合材料的空间间隙，这些孔间隙可提供良好的电子传输通道，有利于电活性组分的传输，增大复合材料与电解液组分的接触面，提高储存电荷的能力。另外，实验中长时间的超声后，Fe3O4粒子仍稳定的负载在Gr表面上，这说明Fe3O4粒子与Gr之间具有很强的作用力，这种协同作用力能加快Gr与Fe3O4粒子间的电子转移，提高其电化学性能。2.3TEM测试分析图3为N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM图。由图3a可见，N-rGO的形貌呈现透明并有褶皱的薄纱状，部分的N-rGO由Gr单层结构层叠在一起，形成了多层Gr结构，另外，其中的缺陷结构以及其缺陷所产生的摺皱和卷曲是由于Gr晶格被N原子掺杂后形成的［15］。图3b为Fe3O4的TEM?
2.3TEM测试分析图3为N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM图。由图3a可见，N-rGO的形貌呈现透明并有褶皱的薄纱状，部分的N-rGO由Gr单层结构层叠在一起，形成了多层Gr结构，另外，其中的缺陷结构以及其缺陷所产生的摺皱和卷曲是由于Gr晶格被N原子掺杂后形成的［15］。图3b为Fe3O4的TEM图，Fe3O4粒子呈现团聚状。图3c为Fe3O4/N-rGO的TEM图，可清楚地看到褶皱的Gr上分散大量Fe3O4粒子，并且团聚现象有所减小，其中一些团簇状是由于多层Gr结构所致，此结果与SEM相一致。图3N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO复合物(c)的透射电镜图Fig．3TEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)2.4XPS测试分析为了进一步了解Fe3O4/N-rGO的元素构成和复合情况，对复合物进行了XPS分析，图4示出了复合物的XPS总谱，图中可以明显看到Cls峰、O1s峰、Fe2p峰和N1s峰，这说明N元素已成功掺杂于复合物中。图4Fe3O4/N-rGO复合物XPS图Fig．4XPSofFe3O4/N-rGOcomposite2.5电化学性能测试2.5.1循环伏安测试图5分别是N-rGO(a)、http://www．hxtb．org化学通报2016年第79卷第1期·73·
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化石墨的谱学表征及分析[J]. 黄桥,孙红娟,杨勇辉. 无机化学学报. 2011(09)
[2]Fe3O4磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的可控制备及结构与性能表征[J]. 张燚,陈彪,杨祖培,张智军. 物理化学学报. 2011(05)
[3]氧化石墨及石墨烯材料的制备[J]. 雷芸,张科,邹琴,潘裙,袁继祖. 非金属矿. 2011(01)
[4]活性炭表面改性对双电层电容器电化学性能的影响（英文）[J]. 谢应波,乔文明,张维燕,孙刚伟,凌立成. 新型炭材料. 2010(04)
[5]石墨烯及其纳米复合材料的研究[J]. 周俊文,马文石. 化工新型材料. 2010(03)
[6]纳米Fe3O4-活性炭混合超级电容器电化学性能的研究[J]. 杜嬛,王成扬,陈明鸣,焦旸. 无机材料学报. 2008(06)
本文编号：3596002
【文章来源】：化学通报. 2016,79(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO复合物的XRD图
图1N-rGO、Fe3O4和Fe3O4/N-rGO复合物的XRD图Fig．1XRDpatternsofN-rGO、Fe3O4andFe3O4/N-rGOcomposite2.2SEM测试分析图2N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO复合物(c)的FESEM图像Fig．2FESEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)图2为N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的FESEM图。从图2a可以观察到Gr典型的褶皱形貌，由单层或少层Gr薄片组成，具有很大的比表面积。由Fe3O4的FESEM图(图2b)可以明显观察到Fe3O4粒子呈现球状，粒径大小不均匀，且趋向于聚集成更大粒子，这是由于粒子自身具有磁性而出现的团聚现象，这对其比电容的提高有一定的阻碍作用。图2c是Fe3O4/rGO复合物的FESEM图片，与纯Gr和纯Fe3O4比较，Gr片层骨架上分散有大量类似球状的Fe3O4粒子，这说明Gr与Fe3O4的复合在一定程度上减小了两者的团聚，增加了复合材料的空间间隙，这些孔间隙可提供良好的电子传输通道，有利于电活性组分的传输，增大复合材料与电解液组分的接触面，提高储存电荷的能力。另外，实验中长时间的超声后，Fe3O4粒子仍稳定的负载在Gr表面上，这说明Fe3O4粒子与Gr之间具有很强的作用力，这种协同作用力能加快Gr与Fe3O4粒子间的电子转移，提高其电化学性能。2.3TEM测试分析图3为N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM图。由图3a可见，N-rGO的形貌呈现透明并有褶皱的薄纱状，部分的N-rGO由Gr单层结构层叠在一起，形成了多层Gr结构，另外，其中的缺陷结构以及其缺陷所产生的摺皱和卷曲是由于Gr晶格被N原子掺杂后形成的［15］。图3b为Fe3O4的TEM?
2.3TEM测试分析图3为N-rGO、Fe3O4、Fe3O4/N-rGO的TEM图。由图3a可见，N-rGO的形貌呈现透明并有褶皱的薄纱状，部分的N-rGO由Gr单层结构层叠在一起，形成了多层Gr结构，另外，其中的缺陷结构以及其缺陷所产生的摺皱和卷曲是由于Gr晶格被N原子掺杂后形成的［15］。图3b为Fe3O4的TEM图，Fe3O4粒子呈现团聚状。图3c为Fe3O4/N-rGO的TEM图，可清楚地看到褶皱的Gr上分散大量Fe3O4粒子，并且团聚现象有所减小，其中一些团簇状是由于多层Gr结构所致，此结果与SEM相一致。图3N-rGO(a)、Fe3O4(b)和Fe3O4/N-rGO复合物(c)的透射电镜图Fig．3TEMimagesofN-rGO(a)andFe3O4(b)andFe3O4/N-rGOcomposite(c)2.4XPS测试分析为了进一步了解Fe3O4/N-rGO的元素构成和复合情况，对复合物进行了XPS分析，图4示出了复合物的XPS总谱，图中可以明显看到Cls峰、O1s峰、Fe2p峰和N1s峰，这说明N元素已成功掺杂于复合物中。图4Fe3O4/N-rGO复合物XPS图Fig．4XPSofFe3O4/N-rGOcomposite2.5电化学性能测试2.5.1循环伏安测试图5分别是N-rGO(a)、http://www．hxtb．org化学通报2016年第79卷第1期·73·
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化石墨的谱学表征及分析[J]. 黄桥,孙红娟,杨勇辉. 无机化学学报. 2011(09)
[2]Fe3O4磁性纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的可控制备及结构与性能表征[J]. 张燚,陈彪,杨祖培,张智军. 物理化学学报. 2011(05)
[3]氧化石墨及石墨烯材料的制备[J]. 雷芸,张科,邹琴,潘裙,袁继祖. 非金属矿. 2011(01)
[4]活性炭表面改性对双电层电容器电化学性能的影响（英文）[J]. 谢应波,乔文明,张维燕,孙刚伟,凌立成. 新型炭材料. 2010(04)
[5]石墨烯及其纳米复合材料的研究[J]. 周俊文,马文石. 化工新型材料. 2010(03)
[6]纳米Fe3O4-活性炭混合超级电容器电化学性能的研究[J]. 杜嬛,王成扬,陈明鸣,焦旸. 无机材料学报. 2008(06)
本文编号：3596002
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