【摘 要】
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石墨烯是继富勒烯、纳米碳管之后另一种备受关注的新型炭材料。其二维平面结构以及优异的电学、力学、光学等性能在各个方面都有巨大应用潜力。但是,其表面能会使石墨烯产生团
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石墨烯是继富勒烯、纳米碳管之后另一种备受关注的新型炭材料。其二维平面结构以及优异的电学、力学、光学等性能在各个方面都有巨大应用潜力。但是,其表面能会使石墨烯产生团聚影响其实际应用。因此,降低石墨烯自发团聚、提升材料比表面积利用率成为研究的热点之一。对此,本文尝试通过包覆的方法,通过表面活性剂作为模版,在石墨烯上下表面均匀包覆有序介孔二氧化硅,制备出具有“三明治”特点的石墨烯/二氧化硅纳米复合材料,并将该材料作为锂离子电池负极材料。具体研究内容为:1)在传统Hummer法制备氧化石墨基础上改进工艺条件,制备出单层、氧化度高的氧化石墨烯。2)以CTAB、TEOS、氧化石墨为原料,通过水热法以及热还原的手段制备出有序介孔二氧化硅与石墨烯的复合材料;3)对该材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行了测试。通过表征与分析,得到了一下实验结论: 1)通过改良后的Hummer法制备了片层厚度仅为1.5nm的单层氧化石墨烯,经过热处理还原后的石墨烯片层如薄绢状,BET比表面积、孔容、平均孔径分别为493.59m2/g、0.435cm3/g、3.38nm。 2)制备得到的氧化石墨烯/二氧化硅纳米复合材料的比表面积为988.71m2/g,孔容为0.645 cm3/g,大部分为2.2-3.5nm的有序介孔。GOS材料的最佳制备条件为氧化石墨30mg,TEOS2.0mL,溶液pH=12,水热温度150℃、时间24h以上。 3)经过高温热还原可制备出石墨烯/二氧化硅纳米复合材料,其中石墨烯含量占54.5%,材料比表面积为829.95m2/g,孔容为0.820cm3/g,平均孔径为2.60nm。作为锂离子电池负极材料,首次库伦效率可达44.0%,100次循环后的放电容量为448 mAh/g,容量保持率为55.4%。在40、80、200、400和800 mA/g下,石墨烯/二氧化硅复合负极材料的放电容量分别为496、372、326、268和228 mAh/g。
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