磷化铟(镍)/石墨烯复合材料的制备、表征及电化学性能研究

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本课题采用溶剂热法,成功合成了一系列的磷化铟/还原氧化石墨烯复合材料,通过条件实验控制合成不同形貌的复合材料,并对不同的复合材料进行了锂电化学性能研究,并对锂离子电池反应机理进行了一定的探究,本课题主要进行了以下几个方面的研究工作:  (1)通过CTAB辅助合成了InP/rGO复合材料,并对产物进行了XRD、EDS、SEM、TEM测试,分析测试结果得知,我们成功制备了InP/rGO复合材料,在溶剂热过程中,氧化石墨烯得到了一定的还原,转化为rGO,在本实验中制得的复合材料由片状rGO与磷化铟微球组成,磷化铟微球锚定在rGO的表面,形成了稳定的复合材料。通过对单体材料以及复合材料的锂电化学性能测试得出结论,在经过与rGO进行复合之后,磷化铟的锂电化学性能得到明显增强,在电流密度为50 mA/g时,初始放电容量高达1519.83 mAh/g,初始库伦效率高达69.23%,经过了100圈的充放电循环后,放电比容量依旧保持在820.57 mAh/g。这可能是由于在经过复合之后,复合材料结合了石墨烯的稳定性与磷化铟的高比容量,从而使材料的充放电比容量得到了很大的提升,循环稳定性以及倍率性能也比单一的材料有了很好的改善。  (2)通过溶剂热法,成功制备出了InP/rGO复合材料,并经过XRD、SEM、TEM、HRTEM、SAED等测试表征手段对产物的物相以及形貌进行表征。测试结果表明:在复合材料中,磷化铟为四方相结构,且产物结晶性良好,磷化铟呈颗粒状生长在rGO的表面,形成了形貌均一的复合材料。通过控制加入氧化石墨烯的量,我们得到了不同rGO含量的产品,并对产品的形貌进行了表征,对这三种样品进行锂电化学性能进行了测试,结果表明:这三种材料均具有比较高的充放电比容量,当GO的加入量为5 mg时,材料表现出来的性能最优。通过对性能最优产物的锂电化学性能对比单一材料的性能研究发现,复合材料作为锂离子电池负极材料要比单一的rGO或者InP都拥有更高的充放电比容量,而且循环性能也比较稳定,库伦效率较高,电极可逆性好。  (3)利用简单的混合溶剂热法成功合成了Ni2P/rGO纳米复合材料,通过XRD、EDS、SEM、TEM、HRTEM等表征手段对产物的结构与形貌进行了表征,结果表明,我们成功合成了Ni2P/rGO纳米复合材料,且形貌均一,rGO表面的Ni2P颗粒为30-50 nm。吸附/降解实验表明:通过对几种有机染料的吸附/光催化降解实验,磷化镍与石墨烯复合材料对甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B、吡咯红等有机染料都具有较好的吸附/光催化降解作用,总降解率均达到90%以上。锂电化学性能测试结果表明,经过对单一材料的功能化复合,有效的改善了单一材料的缺陷问题,复合材料的锂电化学性能明显好于单体材料的性能,而且,复合材料不仅表现出了比较高的初始放电容量,在不同的电流密度下也表现出了非常好的循环稳定性。
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