微波燃燒法制備石墨烯基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口急劇的增長，能源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化已經(jīng)成為全球性問題。為了解決能源短缺問題，開發(fā)新能源和拓展能源轉(zhuǎn)換及存儲技術(shù)成為了當(dāng)下研究的重要方向。電化學(xué)技術(shù)由于其經(jīng)濟(jì)實用、綠色環(huán)保等特點在能源轉(zhuǎn)換及存儲利用方面有著廣泛應(yīng)用。電極材料是電化學(xué)應(yīng)用的核心，電極材料的制備及改性是影響電化學(xué)性能的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的電極材料制備及改性方法存在著條件苛刻、耗時長和應(yīng)用范圍局限性等缺點，不能滿足當(dāng)前的電化學(xué)研究需求。因此，利用微波原理

2、的一些新型方法，逐漸被應(yīng)用于電化學(xué)電極材料的制備中。然而目前微波法尚未形成一種特定的材料制備及改性體系，仍需完善。針對這一問題，本論文將微波和氧化石墨烯結(jié)合，形成一種具有普適性的對電極材料制備及改性的方法，即微波燃燒法。論文中，詳細(xì)研究了微波燃燒法制備及改性的過渡金屬氧化物、單質(zhì)和碳化物在超級電容器和電催化中的應(yīng)用，主要研究成果概述如下：
　?。?）利用具有普適性的微波燃燒法成功制備了多種引入氧空位的過渡金屬氧化物與石墨烯的復(fù)合材

3、料。微波燃燒法制備的引入氧空位五氧化二鈮與石墨烯復(fù)合材料，成功解決了五氧化二鈮導(dǎo)電性較差的問題。利用這種復(fù)合材料作為超級電容器電極進(jìn)行有機(jī)電解液測試后發(fā)現(xiàn)，在2mV/s掃速下它的比容量可達(dá)到接近于理論值的726.2C/g，同時它還擁有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和近乎100％的庫倫效率。利用微波燃燒法制備的二氧化錳納米顆粒與多孔石墨烯復(fù)合材料在酸性溶液兩電極體系中，2mV/s的掃速下的比電容達(dá)到71.1F/g，也展現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　

4、?。?）利用具有普適性的微波燃燒法成功制備了多種過渡金屬單質(zhì)與石墨烯的復(fù)合材料。隨著微波程度的加深，過渡金屬單質(zhì)將會生成。通過將氯鉑酸在微波處理后，一步法制得鉑納米顆粒與多孔石墨烯的復(fù)合材料。將其制成電催化電極進(jìn)行析氫和氧還原測試后發(fā)現(xiàn)，酸性溶液中析氫反應(yīng)的Tafel值為35mVdec-1，氧還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.94,展現(xiàn)了優(yōu)異的電催化性能。所制備的銀納米顆粒與石墨烯復(fù)合材料，由于其不同尺寸的均勻復(fù)合，也在不同應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的前

5、景。
　?。?）利用具有普適性的微波燃燒法成功制備了多種過渡金屬碳化物與石墨烯的復(fù)合材料。隨著反應(yīng)程度的不斷加深，過渡金屬氧化物會被還原成金屬單質(zhì)，然后再與碳反應(yīng)生成碳化物。在為了研究電催化析氫性能影響的實驗中，制備的不同維度氮、鈷摻雜的多孔碳化鉬證明了不同納米化、摻雜處理都對電催化有著重要的影響。鑒于此，當(dāng)利用具有普適性的微波燃燒法制備碳化鎢納米顆粒與石墨烯復(fù)合材料作為電催化電極測試時，它在酸堿中的Tafel值分別為43mVde