石墨烯基復(fù)合材料的制備及其在電化學(xué)儲能中的應(yīng)用.pdf

1、隨著人類社會的不斷前進，工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，能源問題和環(huán)境問題已經(jīng)成為不可忽視的一個問題。研制開發(fā)代替化石能源、環(huán)境污染低的新能源是當(dāng)前階段十分迫切的任務(wù)。燃料電池和鋰離子電池是目前研究較為深入和應(yīng)用前景良好的兩種很有潛力的能量存儲器件。而石墨烯因具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能、電化學(xué)性能，且具有至薄至柔的二維結(jié)構(gòu)，逐漸被廣泛應(yīng)用于新能源領(lǐng)域。另外由于石墨烯具有較大的比表面積，更是可以作為各類金屬納米顆粒及金屬氧化物的載體。
　　直接醇

2、類燃料電池因其高能量密度、應(yīng)用方便、環(huán)境友好等特點受到了學(xué)者的廣泛研究。直接醇類燃料電池負(fù)極催化劑通常由于電化學(xué)穩(wěn)定性差、成本高、易受中間產(chǎn)物失活等因素限制其實際應(yīng)用開發(fā)。設(shè)計催化活性高、成本低、穩(wěn)定性良好的催化劑成為直接醇類燃料電池的研究熱點。本研究針對以上問題，設(shè)計和制備了具有高催化活性和高穩(wěn)定性的Pd基催化劑，并在堿性介質(zhì)中對其電化學(xué)活性開展研究工作。本論文利用兩步法制備出還原氧化石墨烯負(fù)載金屬鈀和金屬銅的納米顆粒（Pd-Cu/R

3、GO），Pd納米粒子的負(fù)載量為10％。采用X射線衍射（XRD），高分辨率透射掃描電鏡（TEM），能譜儀（EDS），電感耦合等離子體分析（ICP），X射線光電子能譜（XPS）等測試手段研究了納米顆粒的組成和形貌。在堿性條件下采用循環(huán)伏安法（CV）及計時電流法（i-t）研究了復(fù)合材料對甲醇和乙醇的電化學(xué)催化活性。實驗結(jié)果表明經(jīng)過第二步反應(yīng)的修飾使復(fù)合材料形成類核殼結(jié)構(gòu)，其催化活性明顯高于第一步產(chǎn)物。并且不同配比的金屬樣品的催化效果也有明顯差

4、別。
　　鋰離子電池因能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性強、環(huán)境污染低等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于多種便攜式電子設(shè)備當(dāng)中。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料容量偏低，很大程度限制電池的電化學(xué)性能。而電極材料是鋰離子電池性能提高的決定性因素，因此設(shè)計和制備高性能的負(fù)極材料是提高電池性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以石墨烯基材料為研究對象，利用水熱法制備出石墨烯負(fù)載鎢酸鈷復(fù)合材料（CoWO4/RGO），研究其作為鋰離子負(fù)極材料的電化學(xué)性能。由于還原氧化石墨烯具有較高的導(dǎo)電

5、性能，彌補金屬鹽導(dǎo)電性差的缺點。同時石墨烯的片層結(jié)構(gòu)，有利于在電極內(nèi)部構(gòu)建離子和電子的快速傳遞通道，進一步提高鋰離子電池的倍率性能。利用XRD，TEM，EDS等測試證明了CoWO4納米粒子的形成。在電流密度為100mAg-1的條件下對材料進行充放電循環(huán)測試，在不同電流密度條件下進行倍率性能測試，同時也對材料進行CV和交流阻抗（EIS）測試研究了復(fù)合材料的電化學(xué)性能。實驗結(jié)果表明電流密度為100mAg-1時，CoWO4/RGO具有很高的可