氮氟共摻雜石墨烯的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、氮氟共摻雜石墨烯氮氟共摻雜石墨烯的制備的制備及其電化學(xué)性能及其電化學(xué)性能研究研究PreparationofNitrogenFluineCoDopedGrapheneItsElectrochemicalProperties學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：黃世爭指導(dǎo)教師：封偉教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一五年十二月摘要摘要石墨烯是由碳原子組成的具有單分子層厚度的二維層狀晶體結(jié)構(gòu)，具有非常優(yōu)異的電子傳輸性能、良好的機(jī)械性能以及較高的比表面積，在

2、實(shí)驗(yàn)和理論研究方面都引起了極大地關(guān)注。大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，采用雜原子摻雜（BNFS和P）能夠有效地修飾石墨烯的表面結(jié)構(gòu)、調(diào)整石墨烯的電子結(jié)構(gòu)和提高墨烯的載流子遷移率，改善石墨烯的電化學(xué)活性，為石墨烯的應(yīng)用提供了更加廣闊的領(lǐng)域。本文通過一步水熱反應(yīng)，以三乙胺三氫氟酸鹽為氮氟摻雜劑，制備了氮氟共摻雜的石墨烯。研究了水熱反應(yīng)溫度對(duì)石墨烯中的氮氟摻雜量和化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明在150℃條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)16h能夠制得高氮含量（3.

3、24at%）和氟含量（10.09at%）的氮氟共摻雜石墨烯。并對(duì)摻雜機(jī)理進(jìn)行了分析，高溫水熱反有利于氮摻雜反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)溫度的升高可提高石墨烯中的氮含量，；但是氟摻雜過程隨著反應(yīng)溫度上升的經(jīng)歷了一個(gè)先增加后降低的過程，這是由于氟摻雜過程涉及到氟化和脫氟兩個(gè)反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)的共同作用，決定了氟元素的摻雜含量。將不同反應(yīng)溫度下制備的氮氟共摻雜石墨烯作為鋰離子電池的負(fù)極材料。電化學(xué)測試結(jié)果表明，與氮摻雜或氟摻雜石墨烯相比，氮氟共摻雜石墨烯表現(xiàn)

4、出了更優(yōu)異的電化學(xué)性能：其可逆容量可達(dá)1075mAhg?1（100mAg?1下），同時(shí)表現(xiàn)出較高的倍率性能（305mAhg?1在5Ag?1下）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性（在5Ag1下循環(huán)2000圈以后，容量保持率高達(dá)95%以上）。這是因?yàn)榈睾头負(fù)诫s進(jìn)入石墨烯的骨架不僅為鋰離子嵌入提供了更多的儲(chǔ)存空間和反應(yīng)位點(diǎn)，同時(shí)提高了石墨烯的導(dǎo)電率和表面化學(xué)活性。氮元素和氟元素之間的協(xié)同耦合作用使得氮氟共摻雜石墨烯的具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。結(jié)果顯示氮氟