三维石墨烯硫化物复合材料的制备及其储能的研究

发布时间：2017-08-22 19:23

  本文关键词：三维石墨烯硫化物复合材料的制备及其储能的研究

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【摘要】：石墨烯是一种由单层碳原子构成的蜂窝状结构的二维新型纳米材料,自从石墨烯被发现以来,便引起了广泛关注与研究。石墨烯具有独特的热学、力学、电学、光学和化学性质使得它在很多领域的都有广泛的应用。在强π-π键的作用下,单个的石墨烯片聚合堆积在了一起,大大减少了其比表面积,并且高导电性的石墨烯因为交叉接触而内阻较大而导电性大大降低。为了克服这个障碍,一个可能的解决办法就是制备具有高电导率、大表面积、大孔隙率的石墨烯三维结构。由于运用化学气相沉积法(CVD)制备的三维石墨烯具有良好的导电性,高孔隙率,密度低,和大的比表面积,因此三维石墨烯复合材料是一种合成新的电极材料的很好的选择。本论文主要从三维石墨烯材料出发,将三维石墨烯与其它电极活性材料复合,实现结构和性能等方面的改性,使得制备出的复合材料在超级电容器、锂离子电池以及电催化析氢中具有更好的电化学性能。我们的研究工作主要有以下几个方面：在第三章中,论述了基于三维(3D)泡沫镍／石墨烯/C03S4复合材料(Ni/G/CS)的制备及其在超级电容器中的性能研究。在这部分工作中,以泡沫镍为支撑模板,通过CVD的方法生长石墨烯,再通过水热反应制备了3D Ni/G/CS。3D Ni/G/CS电极具有很高的电容和出色的循环稳定性,它在8000次循环之后保持了97.8%的容量。这是由于,覆盖于三维泡沫镍上单层、高质量的石墨烯是连续的具有优异的导电性,为电子提供了高速通道,在石墨烯的表面上中空C03S4纳米球的形成连续C03S4膜,接触面积大大的增加,从而使得更有效的电荷传输和大大的提高其电容。泡沫镍可提供很好的机械支持,并且石墨烯可以提高材料在与大电流密度充放电过程的稳定性。在第四章中,论述了基于3D MoS2@泡沫石墨烯(MoS2@GF)的复合材料的制备及其在锂离子电池和电催化析氢中的的应用研究。在这部分工作中,通过化学气相沉积法在泡沫镍上沉积石墨烯,然后利用盐酸把泡沫镍刻蚀掉,通过原位水热制备的方法制备了3D莲房状的MoS2@GF复合材料(RNL MOS2@GF)。通过形貌结构分析我们发现,石墨烯的加入改变了MoS2的结构,形成了规则的RNLMoS2@GF整体框架结构。由于3D GF和MoS2的这种稳定的结构,这种复合材料作为锂离子电池负极材料时表现出更优异的电化学性能,包括优异的倍率性能和良好的循环稳定性(400个循环后容量保持率约为95%)；作为催化剂时在酸性条件下的析氢,表现出高的催化活性和优良的稳定性这些结果表明,基于RNLMoS2@GF材料在锂离子电池负极材料和电催化析氢领域中具有很重要的应用前景。
【关键词】：三维石墨烯 四硫化三钴 二硫化钼 锂离子电池 超级电容器 电催化析氢
【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】：TB33;O646
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 石墨烯11-16
• 1.1.1 石墨烯的基本概念11-12
• 1.1.2 石墨烯的结构和性质12-14
• 1.1.3 石墨烯的制备方法14-16
• 1.2 三维泡沫石墨烯16-19
• 1.2.1 三维泡沫石墨烯的基本概念16
• 1.2.2 三维泡沫石墨烯在超级电容器中的应用16-17
• 1.2.3 三维泡沫石墨烯在锂离子电池中的应用17-19
• 1.2.4 三维泡沫石墨烯在电催化析氢中的应用19
• 1.3 过渡金属硫化物19-21
• 1.4 本研究课题的目的与内容21-22
• 1.4.1 研究的目的21
• 1.4.2 研究的内容21-22
• 第2章 材料的制备及测试方法22-31
• 2.1 实验部分22-24
• 2.1.1 实验仪器与设备22-23
• 2.1.2 实验材料23-24
• 2.2 极片的制备及测试方法24-28
• 2.2.1 超级电容器电极的制备及测试方法24-27
• 2.2.2 锂离子电池极片的制备、组装及测试方法27-28
• 2.2.3 电催化析氢电极的制备及测试方法28
• 2.3 材料的物理表征28-31
• 2.3.1 扫描电子显微镜分析(SEM)28-29
• 2.3.2 透射电子显微镜分析(TEM)29
• 2.3.3 X射线衍射分析(XRD)29
• 2.3.4 热重分析(TG-DTA)29-30
• 2.3.5 拉曼光谱分析30
• 2.3.6 EDS能谱分析30-31
• 第3章 三维泡沫镍/石墨烯/四硫化三钴在超级电容器中的应用31-42
• 3.1 前言31
• 3.2 材料的合成31-32
• 3.2.1 三维泡沫镍/石墨烯的合成31-32
• 3.2.2 三维泡沫镍/石墨烯/四硫化三钴的合成32
• 3.3 结果与讨论32-41
• 3.3.1 材料的结构和形貌分析32-36
• 3.3.2 超电容性能的研究36-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 三维石墨烯二硫化钼在锂离子电池和电催化析氢中的应用42-56
• 4.1 前言42-43
• 4.2 材料的合成43
• 4.2.1 3D RNL MoS_2@GF的合成43
• 4.2.2 设计的各种对比实验43
• 4.3 结果与讨论43-54
• 4.3.1 材料的结构和形貌分析43-46
• 4.3.2 锂电性能的研究46-51
• 4.3.3 电催化析氢性能的研究51-52
• 4.3.4 全框架结构52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 总结与展望56-58
• 参考文献58-68
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录68-69
• 致谢69

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本文编号：720963