納米復(fù)合材料MxOy-C的設(shè)計(jì)合成及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、本論文的主要工作是采用水熱法和水解法設(shè)計(jì)合成基于過渡金屬氧化物（MxOy=Fe2O3，F(xiàn)e3O4和TiO2）和納米碳材料（石墨烯rGO和多壁碳納米管MCNTs）的三維納米復(fù)合材料。采用XRD、FTIR、Raman、TGA、ICP、EDX、XPS、SEM、TEM、HRTEM和STEM等手段對(duì)所合成的復(fù)合材料進(jìn)行了表征。通過循環(huán)伏安、恒流充放電和電化學(xué)交流阻抗測(cè)試考察了它們的儲(chǔ)鋰性能。得到的主要結(jié)論如下:
　　采用簡單、綠色、經(jīng)濟(jì)的一

2、步尿素輔助水熱法合成了三維Fe2O3/rGO/MCNTs納米復(fù)合材料。粒徑約為35 nm的赤鐵礦Fe2O3納米粒子錨定在rGO和MCNTs構(gòu)筑的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中。所合成的Fe2O3/rGO/MCNTs作為鋰離子電池負(fù)極材料，表現(xiàn)出顯著提高的比容量、循環(huán)性能和倍率性能:100mAg-1電流密度下，首次放電容量和充電容量分別為1692和1322 mAhg-1;循環(huán)50次后，容量保持在1118mAhg-1;當(dāng)電流密度升高到1000 mAg-1，

3、可逆容量高達(dá)785 mAhg-1。
　　采用簡單的一步水熱自組裝法合成了納微結(jié)構(gòu)的Fe3O4/rGO/MCNTs。直徑為0.2-0.5μm磁鐵礦Fe3O4微球分散在rGO/MCNTs中。所得Fe3O4/rGO/MCNTs具有更加優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能:在100 mA g-1電流密度下，其首次放電容量和充電容量分別為1452和1036 mAhg-1;在10Ag-1電流密度下，可逆容量為208 mAh g-1;200周循環(huán)后，容量保持在776

4、 mAh g-1，平均庫倫效率高達(dá)98％。
　　利用簡單的氨水輔助水解和煅燒兩步合成法制備了銳鈦礦TiO2/MCNTs納米復(fù)合材料。粒徑約為10nm的純銳鈦礦TiO2納米粒子均勻地生長在MCNTs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)上。所合成的產(chǎn)物表現(xiàn)出顯著提高的電化學(xué)性能，尤其是高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性:10 Ag-1(60 C)電流密度下，可逆容量高達(dá)92 mAhg-1;0.1Ag-1電流密度下循環(huán)100周，容量保持在185 mAhg-1;循環(huán)過程中，庫倫

5、效率高達(dá)99％。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，采用簡單經(jīng)濟(jì)的自下而上分級(jí)組裝的方法設(shè)計(jì)合成了TiO2/FexOy/MCNTs。TiO2修飾的FexOy納米粒子生長在MCNTs骨架之上或其中。所設(shè)計(jì)合成的TiO2/FexOy/MCNTs引入TiO，作為緩沖材料，采用MCNTs骨架作為三維多孔導(dǎo)電/緩沖網(wǎng)絡(luò)和FexOy納米粒子的生長基底，與已報(bào)道的同類復(fù)合材料相比，表現(xiàn)出壓倒性的儲(chǔ)鋰性能:500和200 mAg-1電流密度下，容量分別保持