金屬-金屬氧化物-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、在過去的兩個(gè)世紀(jì)中，化石燃料的發(fā)現(xiàn)與開采和科學(xué)技術(shù)的革新推動(dòng)著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步。然而，需要數(shù)百萬年才能形成的不可再生的煤、石油和天然氣，只能供應(yīng)我們消耗幾百年。盡管我們不清楚燃燒碳質(zhì)燃料和二氧化碳溫室效應(yīng)的長期影響，但是我們確切的明白，對(duì)于即將來臨的能源危機(jī)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是關(guān)鍵。
　　燃燒產(chǎn)物只有水的清潔能源氫氣，是可以替代化石燃料的候選者之一，在近些年得到的廣泛的關(guān)注。在產(chǎn)氫技術(shù)中，催化劑的催化活性成為提高產(chǎn)氫效率的重中之重

2、。同時(shí)，鋰離子電池作為新型的能量存儲(chǔ)裝置，被用于電動(dòng)汽車也得到了迅速的發(fā)展。提高鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能是加快鋰離子電池實(shí)際應(yīng)用的動(dòng)力。金屬/金屬氧化物石墨烯復(fù)合材料，不僅兼具了石墨烯的優(yōu)異性能，還擁有金屬/金屬氧化物的特性，以有效地應(yīng)用于產(chǎn)氫技術(shù)和鋰離子電池中。
　　基于以上的背景，本論文以氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體，通過溶劑熱法合成了一系列金屬/金屬氧化物-石墨烯復(fù)合材料，對(duì)其進(jìn)行了XRD、TEM、Raman、XPS、F

3、T-IR等表征及催化產(chǎn)氫和鋰離子電池電極材料性能測試。
　　合成了以鈷納米顆粒(Co NPs)為核，石墨化碳三氮四(g-C3N4)為殼的Co@g-C3N4核殼結(jié)構(gòu)，并在制備過程中將該核殼結(jié)構(gòu)固定于還原氧化石墨烯(rGO)納米片上，形成Co@g-C3N4-rGO(CNG-I)石墨烯納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。在水解硼氫化鈉和氨硼烷產(chǎn)氫過程中，Co NPs核提供催化活性位點(diǎn)，g-C3N4殼起到保護(hù)Co NPs聚集生長的作用。另外g-C3N4殼的存在

4、加強(qiáng)了Co NPs與rGO之間的聯(lián)接，阻止其被溶液浸出或沖走，同時(shí)g-C3N4的特異性幫助它們成為產(chǎn)氫技術(shù)中有效的共催化劑。Co NPs的磁性和rGO納米片的形狀實(shí)現(xiàn)了在外加磁場作用下的動(dòng)量傳遞。在反應(yīng)器中，同樣條件下，CNG-I通過自攪拌催化產(chǎn)氫的活性高于利用磁子攪拌的催化產(chǎn)氫。在液體連續(xù)流動(dòng)的產(chǎn)氫過程中，CNG-I通過被外加磁場固定和驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)氫。由于有效的磁性動(dòng)量傳遞使得反應(yīng)過程不需要額外的分離膜。該復(fù)合材料的設(shè)計(jì)想法

5、和磁性動(dòng)量傳遞將有益于產(chǎn)氫技術(shù)和多功能化復(fù)合材料的發(fā)展。
　　通過溶劑熱的方法制備了三氧化二鐵-二氧化鈦-石墨烯復(fù)合材料(FTG)。將FTG作為鋰離子電池電極材料進(jìn)行電性能測試，結(jié)果表明，在0.2 C倍率下恒流充放電循環(huán)300次，F(xiàn)TG的比容量達(dá)410 mA h g-1。在0.2 C、0.5 C、1.0 C、2.0 C和5.0 C不同倍率充放電循環(huán)過后，再次進(jìn)行0.2 C倍率充放電循環(huán)，F(xiàn)TG的比容量仍然可以恢復(fù)為初始值，具有良好