石墨烯基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、超級(jí)電容器、鋰離子電池等儲(chǔ)能器件的電極材料一直是廣大研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。自從2004年石墨烯發(fā)現(xiàn)以來(lái)，它就成為了多個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。石墨烯具有獨(dú)特二維sp2雜化的單層碳結(jié)構(gòu)，具有高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高的電導(dǎo)率和大的理論比表面積等優(yōu)點(diǎn)，在超級(jí)電容器和鋰離子電池電極材料的應(yīng)用中展現(xiàn)出比傳統(tǒng)的多孔碳材料更好的潛力。近年來(lái)，關(guān)于石墨烯和過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合作為超級(jí)電容器和鋰離子電池電極材料的研究越來(lái)越多，石墨烯的加入可以明顯改善過(guò)渡金屬

2、氧化物的電化學(xué)性能和循環(huán)壽命。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)采用改進(jìn)的Hummers法合成氧化石墨(GO)，再分別用乙二醇和葡萄糖作為還原劑，水熱方法合成還原氧化石墨烯(RGO)-Cu2O復(fù)合物。采用X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)等手段對(duì)樣品的組成和形貌進(jìn)行了表征。作為超級(jí)電容器電極材料的測(cè)試結(jié)果表明:在0.2 A g-1電流密度下，乙二醇還原的RGO-Cu2O、葡萄糖還原的RGO-Cu2O和Cu2O的放電比電容分別

3、為53.18、43.58和25.62 F g-1。經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后，乙二醇還原的RGO-Cu2O、葡萄糖還原的RGO-Cu2O和Cu2O的電容保留率分別為99％、94％和74％。通過(guò)對(duì)乙二醇還原的RGO-Cu2O和Cu2O作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行對(duì)比的測(cè)試結(jié)果表明:RGO-Cu2O電極的首次放電和充電比容量分別為731.9和419.3 mAh g-1，而Cu2O電極的首次放電和充電比容量分別為430.4和351.1 mAh g-1。

4、可見，隨著RGO的引入，Cu2O電極的比容量和穩(wěn)定性得到明顯的提高。
　　(2)通過(guò)水熱法合成RGO-InVO4納米復(fù)合材料。采用XRD、TEM等手段對(duì)樣品的組成和形貌進(jìn)行了表征。考察了RGO-InVO4和InVO4作為鋰離子電池負(fù)極材料在不同電流密度下的充放電和循環(huán)穩(wěn)定性能。結(jié)果表明:RGO-InVO4電極的首次放電和充電比容量分別為1047.5和599mAh g-1，而InVO4電極的首次放電和充電比容量分別為994.2和48

5、2 mAh g-1。在不同電流密度下經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后，RGO-InVO4的放電和充電比容量分別為472.4和456.7 mAh g-1，而InVO4的放電和充電比容量則為138.4和132.9mAh g-1。可見，RGO的引入能極大地改善InVO4的電化學(xué)性能，尤其是循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(3)通過(guò)一步液相水熱法合成了RGO-Cu2O-TiO2三元復(fù)合物。采用XRD、TEM、原子力顯微鏡(AFM)和拉曼光譜等手段對(duì)樣品的組成和形貌進(jìn)行

6、了表征。通過(guò)循環(huán)伏安(CV)和恒電流充放電考察了RGO-Cu2O-TiO2作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:在0.2 A g-1的電流密度下，RGO-Cu2O-TiO2電極的比容量為80.0 F g-1，而RGO-Cu2O和RGO-TiO2電極的比容量分別為41.4和32.7 F g-1。而且經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，RGO-Cu2O-TiO2復(fù)合物的比容量從80 Fg-1上升到91.5 F g-1，而RGO-Cu2O和RGO-