摘要石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二文纳米碳材料。它具有大的比表面积，优异的理化性能以及高的导电性，因此在锂离子电池、光催化、超级电容器等方面有着广泛地应用。同时，石墨烯中掺杂氮原子可以在其表面诱导形成高的局域电荷/自旋密度而提高其化学活性。在本论文中，以铁酸钴为金属盐，氧化石墨烯为基质材料， 通过软化学方法控制合成氮掺杂石墨烯-铁酸钴磁性尖晶石型铁氧体异质结，利用尿素以及聚苯胺掺杂，并通过 X 射线粉末衍射（XRD）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、X 射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）等技术来研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能以及吸附性能。31125
毕业论文关键词：石墨烯、锂离子电池、氮掺杂、磁性尖晶石型铁氧体
Title Controlled Synthesis and Properties Study of NitrogenDoping Graphene-Cobalt Ferrite Nanocomposite.
AbstractGraphene is two-dimensional carbon nanomaterial, which is packed bymonolayer of carbon atoms. Due to its high surface areas, excellentphysical and chemical properties, and high conductivity, graphene has manypotential applications in Lithium-ion batteries, photocatalysis andsupercapacitor, etc. Meanwhile, nitrogen or polyaniline(PANI)dopinggraphene can improve its chemical activity via the formation of high localcharge/spin density. In this dissertation, a series of graphene-magneticspinel multifunctional heteroarchitectures were designed and prepared viasoft chemical method, using Fe-(NO3)3 9H2O and Co(NO3)2•6H2O as the metalsources, graphene oxide as the support materials. Graphene-magnetic spinelheteroarchitectures were characterized by the X-ray diffraction(XRD),Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR), Raman spectroscopy, X-rayphotoelectron spectra(XPS), transmission electron microscopy(TEM). Theelectrochemical behaviors as the anode in lithium-ion batteries(LIBs) andadsorption properties of graphene-magnetic spinel heteroarchitectureswere studied.
Keywords: graphene, lithium-ion batteries, nitrogen doping, magneticspinel ferrite
目次
1绪论1
1.1基于石墨烯的纳米复合纳米材料.1
1.2锂离子电池.1
1.2.1正极材料的制备.3
1.2.2负极材料的制备.4
1.3本课题提出的研究内容.6
2氧化石墨烯的制备及其性能研究7
2.1前言.7
2.2实验部分.7
2.2.1实验试剂7
2.2.2实验仪器7
2.2.3氧化石墨烯的制备8
2.2.4性能测试8
2.3结果与讨论.8
2.3.1氧化石墨烯的结构与形貌分析8
3氮掺杂石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的制备及其性能研究10
3.1前言.10
3.2实验部分.10
3.2.1实验试剂10
3.2.2实验仪器11
3.2.3氮掺杂石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的制备11
3.2.4性能测试12
3.3结果与讨论.12
3.3.1氮掺杂石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的结构和形貌分析12
3.3.2氮掺杂石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的电化学性能分析17
3.3.3氮掺杂石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的吸附性能研究22
4聚苯胺-石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的制备及其性能研究25
4.1前言.25
4.2实验部分.25
4.2.1实验试剂25
4.2.2实验仪器26
4.2.3聚苯胺-石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的制备26
4.2.4性能测试26
4.3结果与讨论.26
4.3.1聚苯胺-石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的结构和形貌分析26
结论29
致谢 31
参考文献 32
1 绪论1.1 基于石墨烯的纳米复合纳米材料在 2004 年曼彻斯特大学的 Novoselov 等[1]教授第一次成功制备了单层石墨烯之后，石墨烯逐渐进入科学家们的视野，成为广泛研究的重点。石墨烯因其优异的物化性质而优于其他类型的材料：如最薄最坚硬、量子霍尔效应，室温下较高的载流子迁移率（10000 cm2V-1s-1）[1]，大的比表面积（约 2630 m2g-1）[2]，以及较高的热传导系数（3000-5000 Wm-1K-1）[3]等，图 1.1 即为石墨烯的结构示意图。基于石墨烯的纳米复合材料在基础学科以及能源储存方面有着广泛地应用，尤其是在锂离子电池、光催化、生物医药等方面。Wang 等[4]制备了石墨烯基硫复合电极，其较高的首次放电容量和低阻抗性能远优于纯硫电极材料。Zhang[5]课题组通过水热法合成了751角边型的FeOOH/石墨烯复合材料，当该材料被用作锂离子电池的负极时，表现出了优异的倍率性能以及高的比容量。 Wang 等[6]通过溶剂热方法成功制备了CdS/石墨烯复合材料，通过表征可以看出在石墨烯的片层表面均匀地分布着CdS纳米颗粒，且基本无团聚现象。 Fan 等[7]制备了石墨烯基聚苯胺纳米复合材料并对其进行了形貌的表征以及性质的研究，结果发现，由于石墨烯内部超高的载流子迁移率以及巨大的比表面积，所得材料的比电容可达 1046F/g，远远高于纯聚苯胺的 115F/g，从而表现出了良好的电化学性能。诸多的研究表明，在光催化方面，石墨烯巨大的比表面积可以使其上面的纳米颗粒均匀地分散且不团聚，从而能够使光生电子与空穴有效地分离，同时又能够吸附有机污染物，大大地提高了复合材料的光催化性能[8-10]。在锂离子电池方面，石墨烯本身优异的导电性为复合材料的整体导电性做出了贡献。 氮掺杂石墨烯-铁酸钴纳米复合材料的控制合成及其性能:http://www.751com.cn/huaxue/lunwen_27174.html