石墨烯/锂金属复合材料的制备和电化学性能

对于高能量密度锂金属电池体系,安全、稳定的锂负极材料是关键。采用微波还原、热还原和机械剥离方法制备了3种具有不同形貌结构的石墨烯,并通过压制和叠层工艺,制备出石墨烯/锂金属复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和N₂吸脱附曲线分析了不同石墨烯材料的形貌、组成、结构以及石墨烯/锂金属复合材料的形貌。同时采用Li||Li对称电池和LiFeO₄全电池,评价了石墨烯/锂金属复合材料作为负极的电化学性能。结果表明,石墨烯/锂金属复合材料具有层状结构,在微波还原石墨烯(MRGO)、热还原石墨烯(RGO)和机械剥离石墨烯(EG)中,MRGO最适用于改性金属锂,叠层3次得到的4MRGO/3Li复合材料具有最优的电化学性能。基于4MRGO/3Li的Li||Li对称电池在9.9 mV左右的极化电压下稳定循环1200圈,相对于纯锂金属,极化电压降低10.6 mV,安全性和稳定性大大提升。以4MRGO/3Li复合材料为负极的LiFeO₄全电池稳定循环800圈后,放电容量保持为156 mAh/g。     

钠离子电池TiO_2/还原氧化石墨烯负极材料的制备及储钠性能

由于钠离子半径比锂离子半径大70%,使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难,需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯;在此基础上以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2前驱体/氧化石墨烯(TiO_2/GO)复合材料,通过热处理获得锐钛矿型TiO_2/还原氧化石墨烯(TiO_2/RGO)复合材料。电化学测试结果表明:TiO_2含量为15wt%的TiO_2/RGO复合材料在电流密度为20mA·g~(-1)下的首次放电比容量为74.08mAh·g~(-1),随着循环次数的增加,放电比容量逐渐增大,循环50次后达109.10mAh·g~(-1);充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势,循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43mAh·g~(-1),循环50次后仅为20.47mAh·g~(-1)。     

丁基橡胶/还原氧化石墨烯复合材料的制备及性能

采用水合肼(HH)为还原剂制备还原氧化石墨烯(rGO),以rGO作为增强填料,丁基胶乳为基体,通过改进的超声胶乳混合和原位还原工艺,制备了力学性能优异的丁基橡胶(IIR)/rGO复合材料。结果表明,在IIR基体中添加较低含量rGO时,rGO显示完全剥离和均匀分散的状态;rGO由于具有较高的比表面积,可以提高其与IIR基体之间的界面相互作用,使得IIR/rGO复合材料的拉伸强度和断裂伸长率共同增大;对比纯IIR,IIR/rGO复合材料的储能模量增加、损耗因子减小,具有更好的阻尼性能和热稳定性。     

化学还原石墨烯薄膜的制备及结构表征

以天然鳞片石墨为原材料,采用Hummers法成功制备了氧化石墨,并采用化学还原方法制备石墨烯薄膜材料,分别应用X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)、拉曼光谱分析(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对氧化石墨和化学还原石墨烯薄膜的性能、结构和形貌进行了表征。实验结果表明,通过控制溶液的pH值为10可防止石墨烯团聚,石墨烯溶液的分散性非常好,碳氧比达到了8.8∶1,扫描电镜图片观察到了较薄的片层。通过XRD图谱可以看出,石墨烯薄膜比原始石墨的层间距变大。拉曼光谱表明,石墨烯薄膜相对氧化石墨的ID/IG值更大,样品在还原的过程中无序度增加。石墨烯薄膜的微观结构研究为其在超级电容器电极或重金属废水过滤膜等方面的应用提供了理论基础。     

Ni2CoS4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用水热法制备Ni_2CoS_4活性材料,通过物理过程和水热反应将其与氧化石墨烯(GO)、水热多孔氧化石墨烯(HHGO)复合得到Ni_2CoS_4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯(Ni_2CoS_4/RGO/HRGO)复合电极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试等,对复合材料的形貌结构、电化学性能进行了表征。研究结果表明:在1 A/g的电流密度下,其比电容为1 684 F/g,在5 A/g的电流密度下循环2 000次后,其比电容保持率为91.8%。Ni_2CoS_4/RGO/HRGO优良的电化学行为归因于这种复合结构使电解液对电极材料的润湿程度提高,进而提高了离子和电荷的传输速率,同时也缓解石墨烯、Ni_2CoS_4的团聚和循环过程中的体积变化。因此,Ni_2CoS_4/RGO/HRGO是一种有良好应用前景的高性能超级电容器电极材料。     

ZnS/还原氧化石墨烯复合材料的制备及光催化性能

水热法一步合成ZnS/还原氧化石墨烯（ZnS/RGO）复合材料,通过XRD、FTIR、Raman、SEM分析溶剂（乙醇、水）对ZnS/RGO复合材料形貌和结构的影响。结果表明,以乙醇为溶剂制备的ZnS颗粒尺寸小、均匀分散在石墨烯片层上,在形成ZnS纳米颗粒的同时将氧化石墨烯（GO）还原成石墨烯。对亚甲基蓝（MB）的光催化结果显示,ZnS/RGO复合材料具有优异的光催化性能,其光催化速率是纯ZnS颗粒的3.7倍,石墨烯作为优良光生电子的传输通道和收集体能够降低光生电子-空穴对的重新结合率,极大提高了ZnS/RGO复合材料的光催化性能。      

氧化石墨烯的制备及电化学性质研究

采用改进Hummers法来制备氧化石墨烯;通过循环伏安法、单电位阶跃计时电流法、塔菲尔曲线研究分散在DMF中的氧化石墨烯在Pt电极上的电化学性质,研究表明氧化石墨烯在Pt电极上电化学反应是一步不可逆的反应,并且此过程是受扩散控制;通过循环伏安法求得电荷传递系数α为0.03348。通过塔菲尔曲线可计算得交换电流密度i0为1.007×10-4 A/cm2。氧化石墨烯在Pt电极上成核机理的研究表明,氧化石墨烯在Pt电极上是按三维模式扩散控制下连续成核的。     

氧化石墨烯的制备及结构研究进展

氧化石墨烯是一种表面含有丰富的含氧官能团石墨烯衍生物.氧化石墨烯拥有较大的比表面积、良好的亲水性和生物亲和性,被广泛应用于传感器、储能材料、药物载体、催化等领域.本文介绍了近几年氧化石墨烯的制备方法,简述了由Hummers法制备氧化石墨烯的生成机理,主要概括了氧化石墨烯新的结构模型,提出寻找高效绿色的氧化剂是制备氧化石墨烯的关键,确定氧化石墨烯的结构对其表面改性及在复合材料的应用和发展有重要的影响.     

一锅法合成多金属硫化物/碳复合材料及其储锂性能（英文）

多金属硫化物/碳(MMS/C)复合材料因其良好的结构稳定性、充足的活性位点和有益的协同效应,在能源、催化、传感、环境科学等领域具有良好的应用潜力。然而,MMS/C复合材料繁琐、低效和对环境有害的制备方法制约了其发展。本文报道了一种简易、通用的制备策略合成了系列MMS/C复合材料。该策略的关键是采用了碳源-非碳前驱体一体化的离子交换树脂-金属离子杂化组装体作为构筑单元,可实现均匀的多相有机/无机界面,在高温条件下原位生成封装于碳骨架中的金属硫化物。通过改变金属离子的种类,实现了14种MMS/C复合材料的合成。基于其组分和结构优势,所制MMS/C复合材料表现出高效、快速和持久的锂离子存储性能。其中,ZnS-Co9S8/C复合材料在0.1 A·g^-1电流密度下循环600次后仍具有651 mAh·g^-1的可逆储锂容量;当电流密度提高20倍时,容量保持率超过54%,展现出优异的倍率性能。本文提出的均一、多相有机/无机界面合成策略有望扩展用于制备其他金属化合物(如金属磷化物、金属硒化物等)/碳复合材料,为多金属化合物/碳复合材料的合成提供有效的途径。     

球磨法制备锂金属氮化物及电化学性能研究

采用高能球磨法制备了锂离子电池负极材料锂金属氮化物Li_3-xM_xN(M=Co,Cu等)。制备的锂金属氮化物具有较高的电化学活性和充放电可逆性,可以用作锂离子电池的高容量负极材料。所制备的Li_2.6Co_0.4N前10次循环的脱嵌锂容量高达880mAh·g^-1。Li_2.6Co_0.2Cu_0.2N最初几个循环的脱嵌锂容量为750mAh·g^-1,45次充放电循环后的容量保持率为80％。Li_2.6Co_0.2Fe_0.2N是含有Li_2.6Co_0.4N的两相或多相混合物,40次充放电循环后脱锂容量为560mAh·g^-1,相对第二次脱锂容量的保持率为82％。     

还原氧化石墨烯原位包覆纳米MnTiO3颗粒的简易合成及储锂性能研究

对于高能量密度的锂离子电池而言, 研究稳定、高容量负极材料的需求十分迫切。基于此, 本工作设计了一种简单有效的溶胶-凝胶法, 来合成高性能的被还原石墨烯氧化物原位包覆的MnTiO₃纳米颗粒(MnTiO₃@rGO)。合成的MnTiO₃纳米粒子分散均匀, 被少层的石墨烯包裹。由于还原氧化石墨烯的高电导率, MnTiO₃@rGO作为锂离子电池负极表现出优异的倍率性能, 在5.0 A·g^-1的高电流密度时, MnTiO₃@rGO展现出了286 mAh·g^-1的比容量。此外, 得益于MnTiO₃@rGO的多孔结构和柔性的还原氧化石墨烯外层, MnTiO₃@rGO负极具有显著的长期循环稳定性。在500个循环后, 比容量仍保持在441 mAh·g^-1, 仅损失了8.4%。结果表明, 该方法对提高金属氧化物负极的导电性和循环稳定性具有较高的应用价值。     

聚苯胺/二氧化锰/氧化石墨烯复合电极的制备及性能

采用电化学的方法,以氧化石墨纸为支撑一步法制备导电聚苯胺(PANI)/二氧化锰(MnO₂)/氧化石墨烯(GO)复合材料;采用四因素三水平正交设计,研究制备复合电极的最佳工艺;采用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱和电化学测试对复合电极进行表征和电化学性能进行研究。结果表明,石墨纸经100 min氧化,在硫酸锰浓度0.3 mol/L、磺基水杨酸(SSA)浓度为30 g/L的硫酸-苯胺溶液里以聚合电流密度为18 mA/cm²制备出最佳的PANI/MnO₂/GO复合电极,以0.2 A/g恒流放电,其比能量可达336 Wh/kg。复合电极的微观形貌为三维网状结构,具有大的比表面积和孔体积;二氧化锰、聚苯胺和石墨纸形成复合良好的三维网状结构,不仅有利于降低极化,还能使电解液与电极充分接触,提高活性物质的利用率,其电化学性能远远优于PANI压制电极和氯化银电极。     

还原氧化石墨烯-SBA/PMMA复合材料的制备及介电性能

采用乳液聚合法制备苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物（SBA）,通过熔融共混法制备了还原氧化石墨烯/SBA-聚甲基丙烯酸甲酯（rGO-SBA/PMMA）复合材料,采用FTIR、TGA、动态力学分析对复合材料进行了结构表征,并对其进行了介电性能测试。结果显示,rGO的加入能够提高SBA的玻璃化转变温度。同时,也可以提高rGO-SBA复合材料的热稳定性。rGO的加入显著提高了rGO-SBA复合材料的介电常数。在rGO-SBA复合材料中,其渗流阈值在1.17wt%~2wt%之间,当rGO含量为1.17wt%时,rGO-SBA复合材料具有高的介电特性。在rGO-SBA/PMMA复合材料中,当SBA含量为13wt%及rGO含量为0.52wt%时,在频率为1 000 Hz处其介电常数可达到8.79,且介电损耗低至0.37,进一步表明了rGO-SBA/PMMA复合材料具有高介电低损耗的特性。      

还原氧化石墨烯(RGO)/硅复合材料的制备及用作锂离子电池负极的电化学性能

利用天然鳞片石墨通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在碱性条件下通过超声波剥离、静电自组装、磁力搅拌和高温还原的方法合成了还原氧化石墨烯/硅(RGO/Si)复合材料。借助XRD、SEM、TEM、EDX能谱分析和比表面积分析等发现,Si颗粒均匀分布在RGO片层内。在室温下,以该复合材料作为锂离子电池负极,在不同电流密度下研究了其电化学性能。结果表明,RGO/Si复合材料(2∶1)首次循环的放电比容量为1 231 mAh/g,首次库仑效率高达90.9%,在20次循环后,可逆容量保持在452 mAh/g,库仑效率为99.2%。RGO/Si复合材料(1∶1)的RGO片层包覆Si颗粒最紧密,其复合结构最稳定,在高电流密度下容量保持率较高。     

硫化镍/还原氧化石墨烯复合材料的制备及电化学储能性能研究

通过水热法、火焰辅助微波法等控制氧化石墨烯(GO)的还原度,制备了一系列具有不同还原度的还原氧化石墨烯(RGO),并以这些RGO为前驱体,以六水氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、2-巯基丙酸(C₃H₆O₂S)为镍源和硫源,通过水热法合成了系列硫化镍/RGO(NS/RGO)复合材料。通过粉末X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和电化学工作站对材料的晶型结构、形貌特征及电化学储能性能进行了研究。结果表明：RGO的还原度高低不仅显著地影响了NS的晶型结构,而且改变了NS的形貌特征;利用超过140℃水热还原获得的RGO制得的NS/RGO复合材料中NS晶型以Ni₃S₄主,且形貌由棒状变成了球状;尤其,利用140℃还原获得的RGO制备的NS/RGO具有最强的电化学储能能力,比电容高达3331.6F/g。可为下一代新型电极活性材料的设计和构筑提供新思路。     

还原氧化石墨烯/聚丙烯熔喷布复合薄膜的制备与性能

石墨烯材料因其优异的导电、抗菌、防紫外、阻燃、疏水等性能吸引人们的广泛关注。为了让石墨烯稳固而均匀地负载于聚丙烯(PP)纺织品上,实验跟踪研究了从PP熔喷布到还原氧化石墨烯(rGO)负载改性PP功能薄膜整个过程。利用多巴胺的自聚成膜性对PP熔喷布进行预处理改性,使其在纤维表面引入氨基、酚羟基等官能团。随后,再在其表面负载氧化石墨烯(GO),并通过水合肼还原得到rGO/PP改性薄膜。实验通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、电阻率测试仪、接触角测试仪对改性过程中薄膜的表面形貌、表面组成、导电性能、亲水性能等进行测试和表征。结果表明：多巴胺改性后可在PP纤维表面形成均匀的聚多巴胺薄膜,后期GO的稳固负载提供活性位点。经GO负载改性,薄膜的初始水接触角由138.8°降为37.6°,实现从表面高疏水性到高亲水性的转变。经两次水合肼还原,薄膜表面负载的GO绝大部分转变为rGO,薄膜对应的电阻率直接降为1.10×10²Ω·m,展现出优异的导电性。同时,对大豆油的饱和吸附率由原来的12.8g/g增加至23.4g/g。     

氢氧化镍/还原氧化石墨烯复合物的超级电容性能

采用共沉淀法制备了氢氧化镍/还原氧化石墨烯复合材料,并以此为电极研究了其超级电容性能。实验发现,六方氢氧化镍纳米片被成功插入到还原氧化石墨烯的层间,这有效抑制了还原氧化石墨烯和氢氧化镍的团聚,提高了电极的稳定性。当氢氧化镍和还原氧化石墨烯的质量比为5.5∶1时,显示了最佳的电化学性能:在-0.1~0.37V的电位窗口,1A/g的电流密度下,比电容高达1 036F/g;4A/g的电流密度下快速循环3 000次后,仍然保持70%的比电容。     

原位反应制备ZnS/还原氧化石墨烯复合材料及其光催化性能

以氧化石墨烯和ZnAc2为反应前驱物,采用二甲基亚砜(DMSO)作为硫源和反应溶剂,通过一步溶剂热法原位制备出负载ZnS的还原氧化石墨烯(RGO)复合材料(ZnS/RGO)。采用SEM、XRD、激光拉曼(Raman)和荧光光谱对样品的微观形貌和化学结构进行表征。结果显示:原位反应制备的ZnS/RGO复合材料是由呈圆球状并均匀负载的纳米ZnS和6~7层RGO层状结构组成;在模拟紫外光照射下,对甲基橙污染物的光催化结果表明,ZnS/RGO复合材料的降解效率明显高于纯ZnS;同时,在多次循环催化过程中,ZnS/RGO复合材料的光催化效率仍基本保持不变,表明原位反应使ZnS与RGO结合增强。荧光光谱结果表明,ZnS/RGO复合材料光催化效率增强的主要原因在于ZnS中光生电子通过RGO得到有效的分离,进而延长了电子-空穴的复合效率。     

锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。     

金属有机骨架/石墨烯复合气凝胶微球的制备

为提高金属有机骨架材料ZIF-8(Zn(Hmim)₂,Hmim=2-甲基咪唑)的性能及扩展其应用范围,以石墨烯气凝胶微球(rGOAM)为载体,将ZIF-8均匀负载于石墨烯片层上,制得ZIF-8/石墨烯复合气凝胶微球(ZIF/rGOAM)。首先通过静电喷雾结合热/微波还原得到2种多孔、疏水的rGOAM,然后采用原位生长的方法,在水溶液中使ZIF-8于石墨烯微球的片层原位生成,得到ZIF/rGOAM。通过表征2种不同还原方式得到的ZIF/rGOAM,结果表明ZIF-8能够均匀紧密地负载到石墨烯气凝胶微球上。而相比于微波还原,热还原的石墨烯气凝胶微球的还原程度更低,具有更多含氧基团,能够固定更高含量的金属离子,因此ZIF-8的负载量更高,得到具有更好性能的复合气凝胶微球。所得ZIF/rGOAM由于气凝胶微球的多孔性,提高了ZIF-8的利用率,在气体吸附、电极材料等方面具有很大的应用潜力。