三維石墨烯硫化物復(fù)合材料的制備及其在儲能的研究.pdf

1、石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維新型納米材料，自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，便引起了廣泛關(guān)注與研究。石墨烯具有獨(dú)特的熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和化學(xué)性質(zhì)使得它在很多領(lǐng)域的都有廣泛的應(yīng)用。在強(qiáng)π-π鍵的作用下，單個(gè)的石墨烯片聚合堆積在了一起，大大減少了其比表面積，并且高導(dǎo)電性的石墨烯因?yàn)榻徊娼佑|而內(nèi)阻較大而導(dǎo)電性大大降低。為了克服這個(gè)障礙，一個(gè)可能的解決辦法就是制備具有高電導(dǎo)率、大表面積、大孔隙率的石墨烯三維結(jié)構(gòu)。由于運(yùn)用化學(xué)氣相沉積法

2、(CVD)制備的三維石墨烯具有良好的導(dǎo)電性，高孔隙率，密度低，和大的比表面積，因此三維石墨烯復(fù)合材料是一種合成新的電極材料的很好的選擇。本論文主要從三維石墨烯材料出發(fā)，將三維石墨烯與其它電極活性材料復(fù)合，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能等方面的改性，使得制備出的復(fù)合材料在超級電容器、鋰離子電池以及電催化析氫中具有更好的電化學(xué)性能。我們的研究工作主要有以下幾個(gè)方面:
　　在第三章中，論述了基于三維(3D)泡沫鎳/石墨烯/Co3S4復(fù)合材料(Ni/G/

3、CS)的制備及其在超級電容器中的性能研究。在這部分工作中，以泡沫鎳為支撐模板，通過CVD的方法生長石墨烯，再通過水熱反應(yīng)制備了3D Ni/G/CS。3D Ni/G/CS電極具有很高的電容和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，它在8000次循環(huán)之后保持了97.8％的容量。這是由于，覆蓋于三維泡沫鎳上單層、高質(zhì)量的石墨烯是連續(xù)的具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，為電子提供了高速通道，在石墨烯的表面上中空Co3S4納米球的形成連續(xù)Co3S4膜，接觸面積大大的增加，從而使得更有

4、效的電荷傳輸和大大的提高其電容。泡沫鎳可提供很好的機(jī)械支持，并且石墨烯可以提高材料在與大電流密度充放電過程的穩(wěn)定性。
　　在第四章中，論述了基于3D MoS2@泡沫石墨烯(MoS2@GF)的復(fù)合材料的制備及其在鋰離子電池和電催化析氫中的的應(yīng)用研究。在這部分工作中，通過化學(xué)氣相沉積法在泡沫鎳上沉積石墨烯，然后利用鹽酸把泡沫鎳刻蝕掉，通過原位水熱制備的方法制備了3D蓮房狀的MoS2@GF復(fù)合材料(RNL MoS2@GF)。通過形貌結(jié)構(gòu)

5、分析我們發(fā)現(xiàn)，石墨烯的加入改變了MoS2的結(jié)構(gòu)，形成了規(guī)則的RNLMoS2@GF整體框架結(jié)構(gòu)。由于3D GF和MoS2的這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這種復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性(400個(gè)循環(huán)后容量保持率約為95％);作為催化劑時(shí)在酸性條件下的析氫，表現(xiàn)出高的催化活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性這些結(jié)果表明，基于RNLMoS2@GF材料在鋰離子電池負(fù)極材料和電催化析氫領(lǐng)域中具有很重要的應(yīng)用前景。