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(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口急劇的增長(zhǎng)，能源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化已經(jīng)成為全球性問(wèn)題。為了解決能源短缺問(wèn)題，開發(fā)新能源和拓展能源轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)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(shí)用、綠色環(huán)保等特點(diǎn)在能源轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)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(shí)長(zhǎng)和應(yīng)用范圍局限性等缺點(diǎn)，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(duì)這一問(wèn)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(duì)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(guò)渡金屬氧化物、單質(zhì)和碳化物在超級(jí)電容器和電催化中的應(yīng)用，主要研究成果概述如下：
　　（1）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(guò)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(wèn)題。利用這種復(fù)合材料作為超級(jí)電容器電極進(jìn)行有機(jī)電解液測(cè)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(shí)它還擁有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和近乎100％的庫(kù)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(guò)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(guò)渡金屬單質(zhì)將會(huì)生成。通過(guò)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(cè)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(guò)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(guò)渡金屬氧化物會(huì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(cè)試時(shí)，它在酸堿中的Tafel值分別為43mVde