石墨烯纳米复合材料的制备和电化学性能研究

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石墨烯是sp2杂化碳环的二维碳原子层,是世界上最薄的材料。石墨烯具有良好的机械性、光学、热学以及电学特性,如具有反常的量子霍尔效应,高杨氏模量,高比表面积和高导热率等。由于这些优异特性其可用于制备不同功能的纳米复合材料,特别是在储能领域的应用突出。然而,单纯的石墨烯应用于储能材料时往往由于比表面积应用效率低,较难嵌/脱离子及电子等缺陷,造成首次充放电比容量低以及电池容量的不断衰减。因此,我们对石墨烯进行复合改性并研究其储能性能,本文在这方面开展了一些研究工作,主要内容如下:  1.合成了四氟对苯二甲酸/氧化石墨烯纳米复合材料(H2tfbdc-GO),并采用XRD、FT-IR、TEM、SEM等手段表征了其结构和形貌;通过测试循环伏安、计时充放电和电化学交流阻抗以及循环稳定性研究了样品的超电性能。在2A/g下,循环2000次后,在1M的LiOH和1 M的KOH电解液中,H2tfbdc-GO分别保持了700 F/g和500 F/g的比容量。  2.通过水热法成功合成了Fe2O3纳米粒子;通过机械混合和热还原方法制备了Fe2O3/GNS纳米复合材料,并利用XRD、FT-IR、TEM和SEM等对其进行了表征。透射电镜图显示 Fe2O3纳米粒子分散或包覆在GNS中;所合成的 Fe2O3与 Fe2O3-GNS相比,后者表现出了更好的充放电循环性能。  3.合成了对苯二甲酸锂(Li2C8H4O4,PTAL)/石墨烯纳米复合材料(PTAL-GNS),采用XRD、TEM、FT-IR、SEM等对它们的结构和形貌进行了表征,研究了它们作为锂离子电池负极材料的电化学性能。  4.采用水热法合成了层状钴配合物[Co(tfbdc)(4,4-bpy)(H2O)2](Co-LM OF)纳米片和[Co(tfbdc)(4,4-bpy)(H2O)2]-GNS纳米复合材料,并利用XRD、FT-IR、TEM和SEM等对它们进行了表征。研究比较了它们作为锂离子电池负极材料的储锂性能,结果表明,50次循环后,Co-LMOF的放电比容量为335 mAh/g,而Co-LMOF-GNS的放电比容量提高到537 mAh/g。
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