本文關鍵詞：石墨烯與氧化物復合材料的制備及其光電性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著能源短缺和環(huán)境惡化,開發(fā)新型清潔能源已經(jīng)迫在眉睫,鋰離子電池具有能量密度大,工作電壓高,循環(huán)壽命長等優(yōu)點,越來越受到研究者們的重視。近年來,由于石墨烯具有大的比表面積和良好的導電性,與其他材料復合形成納米復合材料電池用作鋰離子電池的負極材料,既可以克服傳統(tǒng)材料自身的缺點,同時發(fā)揮了石墨烯材料的特有性質(zhì)。因此石墨烯基復合材料在催化劑、光電和儲能等領域都有很好的應用前景。在紫外光的照射下,二氧化鈦可以分解難降解、有毒有害的污染物,并且二氧化鈦廉價、無毒、不會產(chǎn)生二次污染,受到廣泛研究和應用。然而未經(jīng)優(yōu)化處理的二氧化鈦材料帶隙較寬,光生載流子容易復合,極大地影響了二氧化鈦的光催化性能。本文利用石墨烯良好的導電性和空心結構的優(yōu)點,把石墨烯-二氧化鈦空心球納米復合材料作為研究對象,在實驗過程中制備了不同比例的石墨烯-二氧化鈦空心球納米復合材料,并研究了光催化性能和電學性能。二氧化錫作為鋰離子電池負極材料具有高的理論容量(790 m Ahg-1),沒有記憶效應,對環(huán)境無污染。但在長時間充放電條件下,二氧化錫體積膨脹嚴重,電子電導率變差,導致其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能變差。因此,純二氧化錫不適合實際應用。本文制備了石墨烯-Sn O2-Ti O2納米復合材料,引入石墨烯既能提高電導率,又能減少二氧化錫納米顆粒的團聚。而二氧化鈦納米顆�？梢孕纬筛嗟目臻g,可以緩沖二氧化錫的體積膨脹,從而提高石墨烯-Sn O2-Ti O2納米復合材料的電化學性能。(1)采用改進的Hummers方法制備氧化石墨烯,并對氧化石墨烯進行形貌結構的表征。通過透射電鏡發(fā)現(xiàn)所制備的氧化石墨烯具有薄片結構并且有褶皺,氧化石墨烯并不是單層的而是由幾層組成。(2)利用石墨烯良好的導電性和二維立體結構,以氫氧化鈦為前驅(qū)體,采用一步水熱法還原氧化石墨烯并制備了石墨烯-二氧化鈦空心球納米復合材料。結果表明所制備的納米復合材料中二氧化鈦為空心球結構,空心球的直徑小于20nm,空心部分的直徑大約為3-5 nm,石墨烯和二氧化鈦很好的復合在了一起,石墨烯-二氧化鈦空心球納米復合材料的比表面積為111m2g-1。(3)實驗過程中改變石墨烯的量,合成G0-Ti O2、G0.5-Ti O2、G1-Ti O2、G2-Ti O2和G5-Ti O2這六種不同重量比的石墨烯-二氧化鈦空心球納米復合材料。對比研究它們的光催化性能和電化學性能。研究表明G1-Ti O2這一復合比例的納米復合材料具有最好的光催化性能,光催化降解亞甲基藍25 min后,可以達到98.02%,光催化降解甲基橙30min后,可以達到99%。所制備的G1-Ti O2這一復合比例的納米復合材料具有最好的循環(huán)穩(wěn)定性,在充放電倍率為0.2C下循環(huán)100圈后,比容量達到217.2 m Ahg-1,遠高于二氧化鈦的理論容量(168 m Ahg-1)。(4)以SnCl2·2H2O為原料,通過水熱法合成了石墨烯-SnO2復合材料,研究了石墨烯的復合對二氧化錫的微觀納米結構和電化學性能的影響。實驗結果表明,Sn O2納米顆粒在石墨烯的表面分散的不均勻,有明顯的團聚現(xiàn)象,Sn O2納米顆粒粒徑約為5 nm,石墨烯-Sn O2復合材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在充放電倍率為0.2C下,循環(huán)50圈后,比容量為1024 m Ahg-1。(5)以鈦酸四丁酯和Sn Cl2·2H2O為原料,采用溶劑熱結合水熱兩步法合成石墨烯-Sn O2-Ti O2三元納米復合材料,研究它們的微觀納米結構和電化學性能。實驗結果表明,在加入極少量Ti O2后,Sn O2納米顆粒和石墨烯很好的復合在了一起,并且沒有發(fā)生團聚,Sn O2納米顆粒粒徑約為5 nm,石墨烯-Sn O2-Ti O2三元復合材料表現(xiàn)出較高的可逆容量和更好的循環(huán)穩(wěn)定性,在充放電倍率為0.2C下,循環(huán)50圈后,比容量為1073 m Ahg-1。
【關鍵詞】：石墨烯 二氧化鈦 二氧化錫 光催化 鋰離子電池
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 光催化概述13-14
• 1.2 鋰離子電池的概述14-15
• 1.2.1 鋰離子電池的工作原理14
• 1.2.2 鋰離子電池的特點14-15
• 1.3 鋰離子電池負極材料的概述15-18
• 1.3.1 鋰離子電池負極材料的特點15
• 1.3.2 碳負極材料15-17
• 1.3.3 鋰合金材料17
• 1.3.4 過渡金屬氧化物材料17-18
• 1.4 石墨烯18-24
• 1.4.1 石墨烯的性質(zhì)19-20
• 1.4.2 石墨烯的制備20-24
• 1.5 石墨烯基復合材料24-26
• 1.5.1 石墨烯/聚合物復合材料24-25
• 1.5.2 石墨烯-納米顆粒復合材料25-26
• 1.6 本課題的研究目的和主要內(nèi)容26-29
• 第二章 實驗部分29-35
• 2.1 實驗藥品及儀器29-31
• 2.1.1 實驗藥品29-30
• 2.1.2 實驗儀器30-31
• 2.2 實驗樣品的表征31-32
• 2.2.1 X射線粉末衍射(XRD)31
• 2.2.2 透射電子顯微鏡(TEM)31
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡(SEM)31
• 2.2.4 氮吸脫附(BET)31
• 2.2.5 傅立葉紅外光譜(FT-IR)31-32
• 2.2.6 拉曼光譜(Raman)32
• 2.3 光催化性能測試32
• 2.4 電化學性能測試32-35
• 2.4.1 電極的制備和電池的組裝32-33
• 2.4.2 充放電測試33
• 2.4.3 循環(huán)伏安特性測試33-34
• 2.4.4 交流阻抗測試34-35
• 第三章 二氧化鈦與石墨烯復合材料的制備及性能研究35-55
• 3.1 前言35-36
• 3.2 二氧化鈦和石墨烯復合材料的制備36-38
• 3.2.1 石墨烯(GO)的制備36-37
• 3.2.2 二氧化鈦和石墨烯空心球納米復合材料的制備37-38
• 3.3 樣品的表征38-45
• 3.3.1 X射線衍射分析38-40
• 3.3.2 透射電鏡分析40-41
• 3.3.3 掃描電鏡分析41-42
• 3.3.4 比表面積和孔徑分布42-43
• 3.3.5 紅外光譜分析43-44
• 3.3.6 拉曼(Raman)分析44-45
• 3.4 樣品的光催化性能研究45-48
• 3.4.1 紫外光催化降解亞甲基藍45-47
• 3.4.2 紫外光催化降解甲基橙47-48
• 3.4.3 石墨烯增強二氧化鈦光催化性能機理研究48
• 3.5 樣品的電化學性能研究48-53
• 3.6 本章小結53-55
• 第四章 二氧化錫與石墨烯-二氧化鈦復合材料的制備及其性能研究434.1 引言55-69
• 4.2 樣品的制備56-58
• 4.2.1 氧化石墨烯的制備56
• 4.2.2 石墨烯-二氧化鈦納米復合材料的制備56-57
• 4.2.3 石墨烯-SnO2-TiO2納米復合材料的制備57-58
• 4.2.4 石墨烯-Sn O2納米復合材料的制備58
• 4.3 樣品的表征58-63
• 4.3.1 X射線衍射分析58-60
• 4.3.2 掃描電鏡分析60-61
• 4.3.3 透射電鏡分析61
• 4.3.4 拉曼分析61-62
• 4.3.5 紅外光譜分析62-63
• 4.4 樣品的電化學性能分析63-67
• 4.5 本章小結67-69
• 第五章 總結和展望69-71
• 5.1 總結69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻71-81
• 碩士期間發(fā)表的論文81-83
• 致謝83

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