基于級次結(jié)構(gòu)納米ZnO制備納米材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、過渡金屬氧化物在光學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、生物及航空航天等領(lǐng)域具有特殊而新穎的應(yīng)用。ZnO在室溫下禁帶寬度為3.37 eV，是一種重要的直接寬帶隙半導(dǎo)體，在太陽能電池、光催化領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。此外ZnO還具有價格低廉，環(huán)境友好，制備方法容易，是一種兩性氧化物，容易去除等優(yōu)點(diǎn)，因此是一種重要的能源材料及模板劑。
　　 本論文首先合成了三維級次結(jié)構(gòu)ZnO納米材料，以氮摻雜碳包覆手段可以有效地解決ZnO的電子導(dǎo)電性差，體積膨脹等問

2、題，使ZnO成為一種性能優(yōu)異的鋰離子電池負(fù)極材料。此外采用三維級次結(jié)構(gòu)ZnO作為模板，利用樟腦作為碳源，采用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法在其表面沉積石墨烯層，最后將模板刻蝕后得到了三維級次結(jié)構(gòu)石墨烯納米籠(HGNCs)，此種材料具有良好的儲鋰性能。具體工作包括以下兩個部分:
　　 1、通過室溫共沉淀法制備了三維級次結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。采用多巴胺作為碳源，利用多巴胺的自聚合作用，在ZnO的表面均勻包覆一層多巴胺聚合物，再通過高溫

3、碳化的方法，得到了氮摻雜碳包覆的級次結(jié)構(gòu)的ZnO納米材料。將此材料用于鋰離子電池負(fù)極，展現(xiàn)出良好的儲鋰性能。在200 mA·g-1的電流密度下循環(huán)100周后容量為890 mAh·g-1，此外該材料還具有較好的倍率性能，在1 A·g-1和2·A·g-1的電流密度下，比容量分別為600 mAh·g-1和500 mAh·g-1。
　　 2、將上述三維級次結(jié)構(gòu)的ZnO作為模板，以樟腦作為碳源，采用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法，在ZnO的

4、表面沉積石墨烯，然后用稀鹽酸(HCl)將ZnO刻蝕除去后得到三維級次結(jié)構(gòu)的石墨烯納米籠(HGNCs)。將此材料用于鋰離子電池負(fù)極材料，其特殊的三維級次結(jié)構(gòu)不僅能夠解決由于石墨烯片層的堆垛而造成的比表面積下降問題及在不斷嵌入和脫出鋰離子過程中的體積膨脹問題，其互相連接的石墨烯層及內(nèi)部導(dǎo)通的空腔還能提高材料的電子的傳遞和鋰離子的傳輸，少層數(shù)石墨烯壁厚能縮短鋰離子的擴(kuò)散，從而提高材料的倍率性能。在200 mA·g1的電流密度下循環(huán)60周后容量