基于石墨烯模板的功能材料可控制備與儲能研究.pdf

1、石墨烯作為一種新型的二維材料，不但可以作為碳質(zhì)材料的基本結(jié)構(gòu)單元組裝具有特定結(jié)構(gòu)和功能的碳基材料，而且可以構(gòu)建得到具有不同功能的石墨烯基復(fù)合材料。上述材料相比石墨烯具有更好的可操作性和更為廣闊的應(yīng)用空間，但是結(jié)構(gòu)調(diào)控限制了其功能調(diào)控及在不同領(lǐng)域的實用化。在本論文中，針對材料的可控制備，我們提出了石墨烯基材料作為“多功能模板”的概念，研究了材料制備過程中氧化石墨烯及石墨烯薄膜的模板作用，并實現(xiàn)了石墨烯/金屬氧化物或金屬雜化材料的可控制備；

2、發(fā)展了一種水脫除誘導(dǎo)構(gòu)建開放層級孔道石墨烯基薄膜的策略，并分析了片層尺寸對其組裝行為及組裝體結(jié)構(gòu)和性能的影響，為石墨烯基模板進(jìn)一步應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；提出了自模板制備片狀多孔碳的方法，并探索了其在儲能領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
　　利用氧化石墨烯作為一種新型的“軟模板”，實現(xiàn)了對氧化鐵納米顆粒生長過程和二次顆粒的調(diào)控。結(jié)果表明，少量氧化石墨烯即可對氧化鐵的結(jié)構(gòu)和尺寸產(chǎn)生較大影響，并且可以得到具有致密結(jié)構(gòu)的二次顆粒。得到的氧化鐵微球/石墨烯雜化材

3、料作為鋰電負(fù)極表現(xiàn)出了高的體積能量密度，在0.1 A g-1下，體積比容量可達(dá)1200 mAh cm-3。
　　提出了以石墨烯組裝形成的二維夾層空間作為導(dǎo)向模板制備非碳納米片的方法。通過在氧化石墨烯片層上預(yù)種Sn4+，并抽濾獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的薄膜，在熱處理還原過程中，熔融態(tài)的錫沿著二維夾層空間生長形成納米片，獲得了具有三明治結(jié)構(gòu)的石墨烯/錫納米片雜化材料。該結(jié)構(gòu)提供了高效的“面-面”接觸，并且大大緩沖了錫在充放電過程中的體積膨脹，

4、因此在作為鋰電負(fù)極時表現(xiàn)出高的容量特性和良好的循環(huán)性能。
　　從水的相圖出發(fā)，利用水的不同脫出過程實現(xiàn)了對石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控。制備得到的具有開放層級孔道結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜表現(xiàn)出高的片層利用率和優(yōu)異的吸附特性，同時，獨特的結(jié)構(gòu)還為電解液離子提供了快速的傳輸通道和高的儲能活性表面，在超級電容器及鋰硫電池中表現(xiàn)出優(yōu)異性能。通過不同超聲時間實現(xiàn)了對氧化石墨烯片層尺寸的調(diào)控，并深入研究了片層尺寸對其組裝行為及組裝體結(jié)構(gòu)和性能的影響。