石墨烯-過渡金屬氧化物復合材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、廉價過渡金屬氧化物在特定條件下通過發(fā)生可逆氧化還原反應,可以產(chǎn)生很大的準電容容量或儲鋰容量,是電化學電容器或鋰離子電池電極材料的可能選擇。廉價過渡金屬氧化物成為儲能器件的商品電極材料主要存在如下障礙:一方面,過渡金屬氧化物導電性較差,導致儲能器件的內(nèi)阻較大;另一方面,在充放電循環(huán)過程中,電解液離子的嵌入/脫嵌可能引起材料結(jié)構或電極結(jié)構的破壞或塌陷,導致循環(huán)性能不佳。將過渡金屬氧化物負載于導電性良好的炭材料(如石墨烯、碳納米管、多孔炭等)

2、表面,是解決上述問題的方法之一。石墨烯作為儲能材料在太陽能電池、超級電容器、鋰離子電池等領域己展示了良好的應用前景,同時,其二維平面結(jié)構和良好的導電性,也使其成為分散/錨接各種功能化粒子制備復合材料的理想基體。
　　本文采用水熱合成法,制備了石墨烯/氧化鎳、石墨烯/氧化釩納米管和石墨烯/四氧化三鈷復合材料,采用多種表征手段對材料的形貌結(jié)構及電化學性能進行了系統(tǒng)研究。與單純過渡金屬氧化物相比,石墨烯/過渡金屬氧化物復合材料的電化學性

3、能發(fā)生了顯著改善。具體內(nèi)容如下:
　　(1)以石墨烯、硝酸鎳為前驅(qū)體、尿素為沉淀劑、十六烷基硫酸鈉為表面活性劑,經(jīng)水熱.熱處理過程制備了石墨烯/氧化鎳復合材料。氧化鎳呈絲網(wǎng)狀分散于石墨烯表面。氧化鎳含量為52%時,復合材料在2MKOH溶液中的質(zhì)量比電容為360F/g,明顯高于石墨烯(113F/g)和氧化鎳(220F/g)。復合材料的電化學可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性也得到了顯著改善。
　　(2)以氧化釩溶膠、石墨烯為前驅(qū)體,十六胺為結(jié)

4、構導向劑,經(jīng)過簡單的水熱反應,合成了石墨烯/氧化釩納米管復合材料。氧化釩呈納米管狀均勻分散于石墨烯表面。當氧化釩含量為69%時,復合材料在2MNa2SO4溶液中的質(zhì)量比電容為188F/g;同樣條件下,石墨烯和氧化釩納米管的質(zhì)量比電容分別僅為94F/g和88F/g。交流阻抗(EIS)模擬表明發(fā)生準電容時氧化釩質(zhì)量利用率的提高、電荷傳遞電阻的降低導致了復合材料電化學電容性能的改善。
　　(3)采用液相低溫氧化法,合成了石墨烯/四氧化三