石墨烯-半導(dǎo)體納米復(fù)合材料的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯是由碳原子緊密連接成蜂窩狀的一種單層二維結(jié)構(gòu)碳材料。由于其具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能,使得石墨烯及其功能復(fù)合材料的潛在應(yīng)用前景良好,特別是應(yīng)用于催化劑、能量存儲(chǔ)設(shè)備等領(lǐng)域,受到了廣泛的關(guān)注。
　　本文首先采用改良Hummers法制備了氧化石墨烯材料,然后嘗試通過(guò)多種途徑制備合成了多種石墨烯/半導(dǎo)體納米復(fù)合材料,探索研究了其光催化性能或者電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能,并進(jìn)一步探索了其相應(yīng)的光催化機(jī)理或儲(chǔ)鋰機(jī)制。主要的研究工作內(nèi)容包括:
　

2、　1.氧化石墨烯的制備與表征
　　以天然石墨為原料,采用改良的Hummers法制備氧化石墨烯(GO)。研究結(jié)果表明, GO為透明或半透明的單層或多層片狀二維結(jié)構(gòu),并帶有卷曲褶皺來(lái)保持二維片狀結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性;GO表面含有較多的含氧官能團(tuán)(如羥基、羧基、羰基等),具有許多無(wú)序、高氧化度的sp3平面和碳原子空位缺陷。
　　2.石墨烯/半導(dǎo)體氧化物納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究
　　將光催化劑與石墨烯復(fù)合,一定程度上

3、有望提高改善光催化劑的光降解效率,值得我們繼續(xù)研究。
　　(1)采用了溶劑熱法將P25(商用TiO2)納米顆粒負(fù)載在石墨烯表面合成了TiO2-GE納米復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示 TiO2(B)相的TiO2-GE納米復(fù)合材料中,尺寸為15~20 nm的TiO2納米顆粒良好地分散在二維的石墨烯片上。同時(shí)其在亞甲基藍(lán)降解過(guò)程中顯示出優(yōu)異的光催化活性。這可能是由于石墨烯的引入,拓寬了光吸收的范圍,增強(qiáng)了光吸收強(qiáng)度,有效地改善光催化劑的光催化活

4、性,使T iO2-GE納米復(fù)合材料具有良好的潛在的應(yīng)用前景。
　　(2)以GO和在二甘醇介質(zhì)中回流醋酸鋅獲得的ZnO微米球?yàn)樵?采用凍干法將石墨烯包覆在了ZnO微米球表面制備出ZnO-GE納米復(fù)合材料。樣品的形貌結(jié)構(gòu)測(cè)試表征顯示,透明的石墨烯所包覆的ZnO微米球是由無(wú)數(shù)六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的晶體構(gòu)成,且直徑約為100~400 nm。光催化降解亞甲基藍(lán)測(cè)試表明,相比于純ZnO微米球,ZnO-GE納米復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的光催化效率。這種顯

5、著的光催化性能提高可能是由于石墨烯的引入,增強(qiáng)了對(duì)污染物的吸附作用;拓寬了光吸收的范圍,促進(jìn)了光生電子的高速傳輸,從而獲得了較高的光催化性能。
　　3.石墨烯/半導(dǎo)體納米復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能研究
　　石墨烯獨(dú)特的性質(zhì)使得其非常適合構(gòu)造網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨烯基復(fù)合材料,改善鋰離子負(fù)極材料的電化學(xué)性能。
　　(1)采用高能球磨法將商業(yè)Si納米顆粒與石墨烯復(fù)合,制備出不同GE含量的Si-GE納米復(fù)合材料。結(jié)果表明Si納

6、米顆粒均勻地分散在柔軟的石墨烯片上。相比于純的Si納米顆粒電極,Si-GE納米復(fù)合材料電極顯示出較好的可逆比容量及循環(huán)性能。改善的電化學(xué)性能可歸因于S i-GE納米復(fù)合材料中,石墨烯起到了便捷的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)作用確保傳遞電子的快速傳遞,改善了離子導(dǎo)電率及電荷遷移速率。同時(shí),在鋰離子嵌入-脫出的過(guò)程中緩解了活性物質(zhì)體積變化。
　　(2)通過(guò)水熱法,在不添加任何還原劑及表面活性劑的情況下合成了不同質(zhì)量比例的TiO2-GE納米復(fù)合材料。測(cè)試結(jié)