石墨烯基复合材料的制备及其电学性能研究

发布时间：2017-03-22 15:08

  本文关键词：石墨烯基复合材料的制备及其电学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文主要研究了氧化石墨烯的制备和还原，石墨烯/Fe3O4、石墨烯/TiO2两种复合材料的制备及其在锂离子电池负极材料的应用，还研究了石墨烯/LDH的制备及其作为超级电容器电极材料的应用。 本文通过改进的Hummers法，使用浓硫酸插层及高锰酸钾氧化，将天然石墨氧化，后经过超声制得了氧化石墨烯。该氧化石墨烯的水溶液和异丙醇做溶剂通过水热法制取了负载物分散性好的石墨烯/FeOOH复合物，将该复合物在惰性气氛下管式炉600℃处理可得到石墨烯/Fe_3O_4复合材料，通过XRD、SEM、TEM等手段进行表征，证明Fe_3O_4纳米颗粒成功的负载在石墨烯表面。该复合物作为锂离子电池的负极材料在1-3V下，首次充放电容量为1250mAh g~(-1)，30次循环后容量930mAh g~(-1)，相对以往报道的Fe_3O_4纳米颗粒单独作为锂离子电池负极材料在容量和循环性能都有明显的改进和提升。 通过醇和酸酯化反应及钛酸四丁酯水解反应的协同作用，使用钛酸四丁酯作为钛源，乙醇和乙酸为反应溶剂，水热釜中120℃反应10h制的了锐钛矿晶型的TiO_2纳米棒和石墨烯的复合产物，该产物作为锂离子电池负极材料，1-3V电压范围内，首次容量约196mAh g~(-1)，55次循环后100mAh g~(-1)，也表现出较大的容量和较好的循环性能。 本论文还用氧化石墨烯的水和DMF混合溶液，在加入无机盐和尿素的条件下，180℃下水热48h制得了Ni-Al LDHs/石墨烯复合物。通过XRD、TEM、HRTEM对产物进行了表征，并将该复合物使用微量PVDF粘结在泡沫镍片上，在1M的KOH溶液中进行了电化学的测试。测试表明，该复合物有非常好的电化学性能，在5mv/s的速率下循环伏安测试表现出两对明显的氧化还原峰，分别对应了两个不同环境中镍原子的氧化还原的过程。经过放电曲线的计算，该复合物作为超级电容器电极材料的比容量为486F·g~(-1)。此外，，还研究了不同镍铝比例对该复合物电化学性能的影响。通过循环伏安曲线和充放电曲线表明，在镍铝比为3时的复合物具有最大的容量和最高的放电平台电压。
【关键词】：石墨烯 GO Fe_30_4 TiO_2 LDH 微纳米复合 锂电池负极材料 超级电容器电极材料
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 学位论文数据集3-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• Content10-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 前言12
• 1.2 石墨烯（graphene）12-17
• 1.3 锂离子电池17-23
• 1.4 超级电容器23-27
• 1.5 本论文的主要工作27-28
• 第二章 金属氧化物和石墨烯复合材料制备及其锂电性能的研究28-46
• 2.1 实验药品及主要仪器设备28-29
• 2.2 氧化石墨烯的制备及表征29-33
• 2.2.1 氧化石墨烯的制备29-30
• 2.2.2 氧化石墨烯的表征30-33
• 2.3 Fe_3O_4/石墨烯的制备、表征及锂电性质测试33-39
• 2.3.1 Fe_3O_4/石墨烯的制备及表征33-38
• 2.3.2 Fe_3O_4/石墨烯复合物的锂电性能测试38-39
• 2.4 TiO_2/石墨烯的制备、表征及锂电性质测试39-44
• 2.4.1 TiO_2/石墨烯复合物的制备及表征40-43
• 2.4.2 TiO_2/石墨烯复合物的锂电性能测试43-44
• 2.5 小结44-46
• 第三章 水滑石和石墨烯复合材料制备及其超电容性能的研究46-56
• 3.1 实验药品及主要仪器设备46-47
• 3.2 Ni-Al LDHs/rGO 的制备、表征及超电容研究47-50
• 3.2.1 Ni-Al LDHs/rGO 的制备及表征47-49
• 3.2.2 Ni-Al LDHs/rGO 的超电容性能研究49-50
• 3.3 不同镍铝比的 Ni-Al LDHs/rGO 的制备、表征及超电容研究50-54
• 3.3.1 不同镍铝比的 Ni-Al LDHs/rGO 的制备及表征50-53
• 3.3.2. 不同镍铝比的 Ni-Al LDHs/rGO 的超电容研究53-54
• 3.4 小结54-56
• 第四章 结论56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 研究成果及发表的学术论文63-64
• 作者和导师介绍64-65
• 附件65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：261736