石墨烯基二維納米復(fù)合材料的鋰電性能研究.pdf

1、本文主要針對目前鋰離子蓄電池存儲容量和循環(huán)穩(wěn)定性偏低等問題，提出了引進(jìn)新型陽極納米復(fù)合材料的方法來改善上述問題。即運用水熱法和濕化學(xué)方法制備石墨烯(graphene)基二維納米復(fù)合材料，在保證金屬氧化物較高存儲容量的同時，發(fā)揮石墨烯的結(jié)構(gòu)特性以提高復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)高存儲容量和高循環(huán)穩(wěn)定性的鋰離子蓄電池。本文主要研究三種材料來說明石墨烯的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性以及石墨烯基二維納米復(fù)合材料的優(yōu)越鋰電性能。
　　第一種是單純石墨烯

2、納米片材料。本文通過水熱法合成具有統(tǒng)一片狀結(jié)構(gòu)且厚度較薄的石墨烯納米片材料。由于石墨烯具有良好的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)特性，其鋰電性能要優(yōu)越于傳統(tǒng)的石墨材料。同時其較大的比表面積和較高的電化學(xué)活性使其成為了制備二維納米復(fù)合材料的最佳選擇之一。
　　第二種是SnO2/碳族納米復(fù)合材料。本文運用濕化學(xué)方法分別合成了不同的SnO2/碳族納米復(fù)合材料，其中碳族納米材料包括石墨烯(GNSs)、多壁碳納米管(MWCNTs)、單壁碳納米管(SWCNTs)

3、和碳球(CNSs)，SnO2納米顆粒均勻包覆在碳族納米材料表面形成了統(tǒng)一均勻的納米復(fù)合材料。通過比較不同碳族納米材料的鋰電特性，其中石墨烯基二維納米復(fù)合材料具有較高的存儲容量同時也具有較高的循環(huán)穩(wěn)定性。之所以會有這種特性不僅與SnO2高存儲容量有關(guān)，更重要的是與石墨烯的大比表面積、良好的結(jié)構(gòu)延展性和較快的載流子輸運速度有關(guān)。進(jìn)一步說明了石墨烯納米材料具有比其他碳族納米材料更加優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能和電化學(xué)特性。
　　第三種是α-Fe2O3

4、/graphene納米復(fù)合材料。其中α-Fe2O3呈現(xiàn)棒狀和顆粒狀納米結(jié)構(gòu)，均勻包覆在石墨烯表面，其X射線衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片相一致并具有較好的結(jié)晶情況。α-Fe2O3/graphene納米復(fù)合材料具有比單一α-Fe2O3更高的鋰電特性，最后我們提出了四種機(jī)制來解釋α-Fe2O3/graphene納米復(fù)合材料的高鋰電性能，證明了石墨烯基二維納米復(fù)合材料可以實現(xiàn)高存儲容量和高循環(huán)穩(wěn)定性的鋰離子蓄電池。
　　納米復(fù)合材料不僅在鋰電領(lǐng)域具有

5、重要應(yīng)用，在氣體傳感領(lǐng)域也同樣具有較高的科研價值。本文在最后研究了其它類型的納米復(fù)合材料在氣體傳感領(lǐng)域的重要應(yīng)用。
　　我們運用簡單的水熱法合成出了Pd-ZnO納米復(fù)合材料以及In2O3/α-Fe2O3納米復(fù)合材料，兩種納米復(fù)合材料具有均勻統(tǒng)一的形貌。通過測量兩種納米復(fù)合材料的氣體傳感特性，發(fā)現(xiàn)它們均具備較高的氣體傳感性能。其中Pd-ZnO納米復(fù)合材料是利用Pd與ZnO的肖特基接觸對材料能帶的影響以及金屬Pd的催化作用來改善納米復(fù)

6、合材料的氣體傳感特性。而In2O3/α-Fe2O3納米復(fù)合材料是利用兩種材料之間的異質(zhì)結(jié)構(gòu)在特定條件下被改變，從而對材料電導(dǎo)率造成極大影響的氣敏機(jī)理，來提高氣體傳感器的靈敏度。上述實驗的成果極大地改善了目前氣體傳感器所存在的問題，實現(xiàn)了高性能的氣體傳感器。同時這兩組實驗從另一方面驗證了納米復(fù)合材料比單一材料具有更加優(yōu)越的物理和化學(xué)特性。因此除了石墨烯基二維納米復(fù)合材料在鋰電領(lǐng)域存在重要應(yīng)用之外，其他形式的納米復(fù)合材料在某些其他領(lǐng)域同樣存