不同形貌鐵氧化物-石墨烯復合材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、本實驗以親水性好、表面易修飾的氧化石墨為復合基底，利用溶膠靜電自組裝技術，將表面帶有正電荷的氫氧化鐵膠體通過靜電作用力、范德華力和氫鍵復合到表面帶有負電荷的氧化石墨烯(GO)上，形成中間產物Fe(OH)3/GO。對中間產物進行不同的熱處理，得到形貌各異的鐵氧化物/石墨烯復合材料，并對它們的電化學性能進行了探究。
　　首先，將GO和Fe(OH)3膠體復合，在500?C N2保護下煅燒2 h即成功制得六方片狀四氧化三鐵/石墨烯復合材料

2、(HFGC)。高溫煅燒使GO表面的羧酸基團被移除，生成了石墨烯。Fe(OH)3中部分Fe3+被GO上的酚羥基和環(huán)氧基還原為Fe2+，形成Fe3O4。通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察其形貌特征，結果顯示，不規(guī)則六方片狀Fe3O4納米顆粒均勻緊密地附著于石墨烯片上，Fe3O4與石墨烯復合成功。石墨烯和Fe3O4的協(xié)同作用以及二者獨特的面面接觸方式使得HFGC具有卓越的超級電容器性能。在不同掃描速率下HFGC循環(huán)伏安曲線呈現理想的矩形，表明它

3、具有良好的雙電層電容性能。在6 mol/L的KOH電解液中，恒流充放電實驗結果顯示，電流密度為0.3 A/g時，復合材料質量比電容為193.4 F/g。此外，復合材料循環(huán)性能優(yōu)異，循環(huán)1000周后仍保持初始比電容的83.3％。以上結果說明，復合材料HFGC是一種優(yōu)良的超級電容器電極材料。
　　其次，我們改變Fe(OH)3膠體的制備方法和后續(xù)熱處理手段，首次制得了花瓣狀三氧化二鐵/石墨烯復合材料(FFGC)。TEM顯示，均勻附著于石

4、墨烯片上的Fe2O3納米顆粒呈現直徑約50 nm的花瓣狀，其表面隨機分布著清晰可見的微裂紋。這種罕見的形貌可能是由于鄰近的Fe(OH)3膠體顆粒在水熱生成Fe2O3的過程中重新聚集組合而形成的。復合物中石墨烯的存在改善了Fe2O3的導電性，同時Fe2O3納米顆粒的存在又阻止了石墨烯的團聚。實驗中對FFGC作為鋰離子電池(LIB)負極材料和超級電容器(SC)電極材料的性能均進行了一系列研究。在LIB中，0.1 A/g下，其最高充電比容量可