石墨烯-硫雜化材料的液相制備及鋰硫電池性能研究.pdf

1、碳納米材料由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性、大的比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及形態(tài)結(jié)構(gòu)的多樣化，成為能源儲存與轉(zhuǎn)化器件中的關(guān)鍵組分。石墨烯，作為一種具有單原子厚度的sp2雜化碳材料，由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用在光電、儲能、生物等各個領(lǐng)域。更重要的是，石墨烯是組成其他碳納米材料的基元結(jié)構(gòu)，因此，基于石墨烯結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑多功能的碳基儲能材料對于推動儲能器件的發(fā)展具有重要作用。本文從石墨烯的宏量制備及儲能應(yīng)用出發(fā)，討論了石墨烯的低溫解理制備機理，闡

2、明其對規(guī)?；瘧?yīng)用的重要性并發(fā)展了一系列基于石墨烯的鋰硫電池正極材料溶液相制備方法，主要包括：以硫化氫為還原劑實現(xiàn)了氧化石墨烯的還原和石墨烯/硫雜化材料的低溫溶液相制備；構(gòu)筑了具有高體積容量的高密度多孔石墨烯/硫三維宏觀體材料；開發(fā)了基于含硫氣體的可分散型納米硫的制備方法，拓展了碳硫復(fù)合材料的溶液相制備方法。
　　考察了石墨烯的結(jié)構(gòu)與表面化學(xué)對電化學(xué)性能的影響。對低溫負壓解理法制備石墨烯機理進行系統(tǒng)探討，提出營造片層內(nèi)外足夠的壓力差

3、是實現(xiàn)氧化石墨解理的關(guān)鍵；探究了不同尺寸石墨原料對于石墨烯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明低溫負壓解理能夠有效消除不同尺寸原料的影響；二次熱處理可以有效調(diào)控石墨烯的表面官能團，隨著熱處理溫度的升高，電容值急劇衰減，證明表面化學(xué)是影響材料電化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵；提出普適的解理機理，闡明低溫制備方法的優(yōu)越性。
　　利用氧化石墨烯的豐富表面官能團，首次提出了硫化氫還原氧化石墨烯并原位獲得石墨烯/硫雜化電極材料的溶液相制備策略。硫化氫與氧化石墨烯的氧化

4、還原反應(yīng)實現(xiàn)了硫在石墨烯表面的均勻沉積，所得石墨烯/硫雜化材料具有的豐富褶皺結(jié)構(gòu)能夠有效提高對硫的限域作用，容量可達950 mAh g-1，并顯示了良好的循環(huán)和倍率性能，作為鋰硫電池正極材料具有良好的前景。
　　針對鋰硫電池體積能量密度低的瓶頸，提出高體積比容量石墨烯/硫雜化電極材料的可控構(gòu)建。在前期研究的基礎(chǔ)上，通過調(diào)控石墨烯表面化學(xué)，一步自組裝得到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯/硫宏觀體，通過對水分脫除機制及表面張力的控制，獲得高密