硼氮共掺杂还原氧化石墨烯低温等离子体法制备及其电化学性能研究

发布时间：2021-06-27 10:29

　　石墨烯由于具有罕见的2D结构而具有优异的电学、力学等性质,在电极材料、传感器等领域有着很多潜在的应用前景,但石墨烯本身零带隙、活性位少等缺陷严重限制了其实际应用,而杂原子掺杂能够改变石墨烯原有电荷分布,带来更多活性位点。然而现有化学气相沉积法、溶剂热法等制备方法存在成本高、制备过程繁琐等问题,低温等离子体技术制备掺杂还原氧化石墨烯具有效率高、环境友好等优点,据此,本文以低温等离子体技术制备了硼氮共掺杂的还原氧化石墨烯,测试了其超级电容器和锂离子电池电化学性能,并与未掺杂及硼、氮单掺杂还原氧化石墨烯比较,主要工作内容总结如下:以天然石墨粉为原料,经改良Hummers法制备得到前驱体氧化石墨烯,然后加入硼酸和碳酸氢铵为掺杂剂,在低温等离子体反应器中还原、剥离、掺杂,制备得到未掺杂还原氧化石墨烯、硼掺杂还原氧化石墨烯、氮掺杂还原氧化石墨烯以及硼氮共掺杂还原氧化石墨烯四种材料。X射线光电子能谱结果表明制备的硼掺杂还原氧化石墨烯中硼含量为1.21%,氮掺杂还原氧化石墨烯中氮含量为1.47%,而硼氮共掺杂还原氧化石墨烯中硼氮含量分别是2.12%和2.69%,说明硼氮在共掺杂时存在协同效应,能够相互... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电化学超级电容器机理图：a)未充电状态和b)充电状态Fig.1.1Schematicmechanismofsupercapacitance,a)intheunchargedstateb)duringcharging

重庆大学硕士学位论文1绪论5图1.2锂离子电池结构及工作原理示意图Fig.1.2ThestructureschematicandworkingprincipleofLi+battery1.3.3燃料电池燃料电池是一种利用化学反应把化学能转化为电能而没有通过热机过程的设备，不会受到卡诺循环理论的约束，理论上可在接近百分之百的热效率下工作。如图1.3所示为燃料电池工作示意图[23]。理论和实验证明[14,24,25]，单纯的碳材料对氧化还原反应的催化活性有限，而且不能促进电子的转移。在碳材料中引入与碳原子电负性不同的杂原子可以改变材料整体的电负性，尤其是引入电负性比碳原子大的杂原子能够使得材料对氧气有着更好的吸附和活化效果，让氧气能够更大程度的在材料时被还原，成为一种性价比高的非贵金属氧还原反应的电催化剂[26]。

重庆大学硕士学位论文1绪论6图1.3燃料电池工作示意图Fig.1.3Theschematicoffuelcell1.3.4传感器电化学传感器作为分析化学中一种响应快，灵敏度高的检测手段，能够将离子活度、浓度等生物、化学信号转化为可检测的电化学信号（电流等），因而被大量的应用到各个领域。对石墨烯的表面修饰能够有效的提高其作为传感器的选择性和灵敏度，因为在杂原子掺杂的过程中可以引入更多的活性位点，进而能够促进电荷转移，增强吸附并活化分析物的能力，进而使其性能得到很大改善。例如Leenaerts等[27]在研究中发现，石墨烯具有罕见的2D结构、大的比表面积以及即使在零载流子密度下仍能保持的高导电性的优势，这些优势能够最大限度的增大对气体的吸附活化能力，对待检测气体给出快速灵敏的检测结果。杂原子的掺杂

【参考文献】：
期刊论文
[1]科学家发明“超强电池”:充电7秒续航35公里[J].   电子世界. 2016(02)
[2]介质阻挡放电等离子体特性及其在化工中的应用[J]. 杨宽辉,王保伟,许根慧.  化工学报. 2007(07)
[3]低温等离子体在化学合成中的应用[J]. 赵于文.  现代化工. 1991(01)

博士论文
[1]石墨烯复合材料用于高性能锂（钠）离子电池负极材料的研究[D]. 刘孝武.中国科学技术大学 2017

硕士论文
[1]锂离子电池钛酸锂负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 张勇.重庆大学 2015



本文编号：3252673