石墨烯改性的CoS、SnS2納米材料在綠色能源電池中的應(yīng)用.pdf

1、能源緊缺與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的矛盾日益突出，傳統(tǒng)能源引發(fā)的各種環(huán)境問題推動了人們對綠色能源的研究與發(fā)展。其中，鋰離子電池應(yīng)用非常廣泛，太陽能電池開發(fā)潛力巨大，因而兩種清潔能源成為關(guān)注熱點。本文主要介紹氧化石墨烯對過渡金屬硫化物納米材料的改性，包括材料的制備、表征及其在綠色能源電池中的應(yīng)用。
　　首先，本文介紹了石墨烯、CoS、SnS2納米材料的研究現(xiàn)狀及特性，及其分別在染料敏化太陽能電池和鋰離子電池中的應(yīng)用。
　　鋰離子電池的傳統(tǒng)

2、負(fù)極材料石墨的比電容量不足以滿足人們尤其是未來產(chǎn)業(yè)的需求，所以人們尋找新的循環(huán)特性好、比電容量高的負(fù)極材料。目前，人們主要研究合金類、嵌入類以及轉(zhuǎn)換類材料。單層碳原子組成的石墨烯材料由于具有極好的導(dǎo)電性而成為研究熱點。與此同時，在理論上SnS2的能促進(jìn)鋰離子的嵌入，而且能夠承受較大的體積改變，有較強(qiáng)的儲電性能，其理論容量較高。但是硫化錫材料在電化學(xué)反應(yīng)過程中體積變化量過大，導(dǎo)致循環(huán)特性迅速下降。通常，可以通過調(diào)控納米材料的形貌或與碳材料

3、的摻雜來改善其導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。所以本文，用石墨烯將SnS2進(jìn)行摻雜改性，通過溶劑熱法制備石墨烯和硫化錫的混合材料，并進(jìn)行充放電測試。
　　太陽能電池能利用潔凈的太陽能提供電能，但是其生產(chǎn)生本高，轉(zhuǎn)換效率低。所以人們研究開發(fā)新型太陽能電池以取代傳統(tǒng)硅電池，其中染料敏化太陽能電池制造簡單、轉(zhuǎn)換效率可觀，因而成為研究熱點。然而，傳統(tǒng)的鉑金屬對電極材料昂貴，效率不足以滿足使用要求。人們不斷尋找能替代鉑電極的材料，包括金屬硫化物、碳化物、氮

4、化物等。近年來，新興的石墨烯為對電極的研究提供了新思路，二氧化鈦納米晶可以很好地固定在石墨烯薄片上，形成導(dǎo)電性優(yōu)異的石墨烯橋，因而可加速從二氧化鈦導(dǎo)帶中轉(zhuǎn)移出電子，減少電荷的復(fù)合。此外，石墨烯的透光性很好，還有催化I2還原成I-的能力，因而可用作染料敏化太陽能電池的對電極。所以，本文使用溶劑熱法制備CoS/RGO復(fù)合材料，用作染料敏化太陽能電池的對電極材料進(jìn)行光電性能測試。
　　然后，本文采用改良的Hummers法制備了氧化石墨烯

5、，將氧化石墨烯與反應(yīng)原料（不同硫源）混合，用溶劑熱法分別合成一系列的RGO/CoS、RGO/SnS2復(fù)合材料，在加熱水熱反應(yīng)釜過程中加入起到還原作用的抗壞血酸，得到石墨烯的復(fù)合材料。
　　第三，本文對所制備的材料樣品進(jìn)行XRD、SEM、TEM表征。氧化石墨烯的XRD圖顯示其衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)譜圖衍射峰完全吻合，沒有出現(xiàn)其它雜峰，說明材料A為純相氧化石墨烯晶體。RGO/CoS樣品的SEM和TEM圖，均顯示硫化鈷均勻地生長在石墨烯上，形成復(fù)