石墨烯-鐵氧體納米復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、隨著人們對能源和環(huán)境問題的重視，以鋰離子電池為代表的一系列清潔能源存儲器的開發(fā)得到了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的碳基類負極材料相比，過渡金屬氧化物因為其更大的理論比容量而被認為是極有前途的負極材料。資源豐富，環(huán)境友好，價格低廉的磁性尖晶石型鐵氧體成為下一代商業(yè)化應用電極材料的有力爭奪者。石墨烯，作為一種新型碳基材料，由于其優(yōu)良的導電性、超薄厚度、極大的比表面積和柔性結(jié)構(gòu)，被廣泛用于制備各種復合材料。在石墨烯-鐵氧體復合材料中，石墨烯不僅作為結(jié)構(gòu)緩

2、沖器緩解體積變化和防止鐵氧體顆粒之間的聚合的問題，還可以提供了一個額外的導電網(wǎng)絡(luò)促進電子傳輸和鋰離子擴散，改善了鐵氧體導電性能較差的缺陷，從而提高了鐵氧體的電化學性能。本文采用溶劑/水熱法制備了多種尖晶石型鐵氧體與還原氧化石墨烯的二元復合材料，并針對其電化學性能做了詳細討論。此外，還探討了這些二元元復合材料的復合機理與石墨烯含量對復合材料的電化學的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以天然石墨粉為原料，以乙二醇為還原劑，采用改進型

3、Hummers制備還原氧化石墨烯（RGO）。結(jié)果表明，氧化石墨烯表面絕大數(shù)含氧官能團被還原。在還原反應的影響下，RGO片層表面褶皺程度增加，片層層數(shù)變多。⑵以聚乙烯吡咯烷酮為表面活性劑，采用簡單溶劑熱法制備石墨烯/空心四氧化三鐵二元納米復合材料。生長的在石墨烯片層上的空心四氧化三體粒徑約為250-400 nm，還原氧化石墨烯包覆在空心Fe3O4二元復合材料表面。石墨烯的引入極大地提高了純空心四氧化三鐵作為鋰離子電池負極材料時的電化學性能

4、，該復合材料在當電流密度100 mA·g-1，電壓范圍0.001~3.0 V條件下進行充放電時，其首圈放電容量高達1314.5 mAh·g-1，首圈可逆比容量為1013.4 mAh·g-1，皆高于理論比容量值，100次循環(huán)后，可逆比容量任有885.2 mAh·g-1，同時顯示出優(yōu)秀的倍率性能。⑶采用溶劑熱法合成了RGO-鎳鐵氧體納米復合材料，在600℃下熱處理兩個小時，石墨烯納米片顯著抑制了鎳鐵氧體納米顆粒的聚集以及維持總體樣品的良好的

5、導電性。探討了不同石墨烯含量對該復合材料的電化學性能影響。測試結(jié)果顯示，當石墨烯參量為20 wt％時，該材料具有最佳的初始比容量(1198 mAh·g-1)和循環(huán)性能（100圈后保持872mAh·g-1），且倍率性能優(yōu)異。⑷采用水熱法一步合成了石墨烯-鋅鐵氧體納米復合材料。均勻分散在RGO片層上的鋅鐵氧體顆粒粒徑約為10-20nm。電化學測試結(jié)果表明，石墨烯的引入大大提高了鐵氧體電化學性能：100mA·g-1電流密度下，首圈放電容量高達