過(guò)渡金屬硫化物與石墨烯復(fù)合納米材料的合成及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能.pdf

1、石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、高的電子遷移率、大的比表面積、好的柔韌性等獨(dú)特的性質(zhì)，在納米電子器件、電化學(xué)儲(chǔ)能和能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。最近，其他2D納米片材料(如過(guò)渡金屬硫化物，TMDs)也引起了人們的極大研究興趣。與體相材料相比，這些2D過(guò)渡金屬硫化物納米片材料顯示不尋常的物理和化學(xué)特性，使其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電子器件、鋰離子電池電極材料等方面具有重要應(yīng)用前景。本論文用溶劑熱或水熱方法制備了CoSx/石墨烯和類(lèi)石墨烯過(guò)渡金屬硫化物(

2、MoS2，SnS2)/石墨烯的復(fù)合納米材料，研究其制備條件對(duì)過(guò)渡金屬硫化物/石墨烯復(fù)合納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能的影響，討論了復(fù)合納米材料的形成機(jī)理及其電化學(xué)性能增強(qiáng)的原因。通過(guò)對(duì)制備條件的優(yōu)化，最后所制備的過(guò)渡金屬硫化物/石墨烯復(fù)合納米材料具有高的電化學(xué)儲(chǔ)鋰可逆容量、優(yōu)異的循環(huán)性能和高倍率充放電特性。
　　采用十六烷基溴化銨(CTAB)陽(yáng)離子表面活性劑協(xié)助的水熱方法和隨后的熱處理制備了類(lèi)石墨烯MoS2/石墨烯(GL-Mo

3、S2/G)復(fù)合材料，并用XRD，F(xiàn)ESEM，HRTEM和Raman光譜對(duì)其進(jìn)行了表征，研究了CTAB的不同濃度對(duì)復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能的影響。結(jié)果表明:MoS2片的層數(shù)隨著CTAB濃度的增加而減少。在CTAB濃度為0.01-0.03 M時(shí)，GL-MoS2/G復(fù)合材料為少層數(shù)結(jié)構(gòu)，而當(dāng)濃度增大到0.05 M時(shí)，復(fù)合材料為單層結(jié)構(gòu)。在CTAB的濃度為0.01-0.02M時(shí)水熱制備的GL-MoS2/G復(fù)合材料比其他樣品具有更高的可

4、逆比容量(940-1020 mAh/g)，更好的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率充放電性能。GL-MoS2/G復(fù)合材料電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能的增強(qiáng)是由于GL-MoS2與石墨烯二者之間的協(xié)同效應(yīng)、以及準(zhǔn)3D的多孔復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
　　通過(guò)一步溶劑熱合成法制備硫化鈷/石墨烯復(fù)合材料納米片。通過(guò)XRD，SEM和TEM表征可知，球狀的硫化鈷顆粒的平均粒徑約為150 nm，由混合相CoS2，CoS和Co9S8組成，并高度分散在卷曲的石墨烯上。硫化鈷顆粒通過(guò)有選擇性

5、的成核與生長(zhǎng)以高度一致的形貌和尺寸分布在GOS表面。所制備的硫化鈷/GNS復(fù)合物展現(xiàn)了在100 mA/g的電流密度下有高達(dá)1018 mAh/g的可逆電化學(xué)儲(chǔ)鋰容量。而且，在50次循環(huán)后期可逆容量仍保持在950 mAh/g以上，同時(shí)具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率充放電性能。復(fù)合材料其顯著的電化學(xué)性能可能歸功于其強(qiáng)有力的復(fù)合結(jié)構(gòu)以及石墨烯好的導(dǎo)電性，高的電荷遷移率，大的比表面積和好的柔韌性。
　　通過(guò)改變L-半胱氨酸在水熱過(guò)程中的量來(lái)制

6、備SnS2-SnO2/G復(fù)合材料，并研究其晶體結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):水熱過(guò)程中當(dāng)L-cys的量較少時(shí)(Sn4+∶L-cys=1∶1)，Sn4+反應(yīng)得到主要是SnO2，由于SnO2與石墨烯間并沒(méi)有較強(qiáng)的相互作用，使得它們的協(xié)同效應(yīng)較差，從而影響其電化學(xué)性能，在測(cè)試其電化學(xué)循環(huán)性能時(shí)可得到，該材料在50次循環(huán)后容量?jī)H為483.5 mAh/g，容量保持率僅有55.1％。而在水熱過(guò)程中L-cys的量較大時(shí)(Sn4+∶L-cys=1∶4)