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《基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》篇一一、引言随着科技的发展和社会的进步，能源问题已成为全球共同关注的焦点。
锂离子电池因其高能量密度、长寿命和环保等优点，被广泛应用于电动汽车、电子设备等领域。
然而，传统锂离子电池的负极材料存在着一些不足，如容量低、循环性能差等。
因此，开发新型高性能的锂离子电池负极材料具有重要意义。
近年来，基于石墨烯的锂离子电池负极材料因其独特的结构和性能受到了广泛关注。
本文将重点研究基于石墨烯的锂离子电池负极材料，分析其制备方法、性能及改进方向。
二、石墨烯的基本性质与结构石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、导热性、机械强度和较大的比表面积。
这些特性使得石墨烯在锂离子电池负极材料中具有巨大的应用潜力。
石墨烯的片层结构可以为锂离子提供更多的嵌入位点，从而提高电池的容量。
此外，石墨烯的优异导电性有助于提高电池的充放电速率。
三、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的制备方法1. 化学气相沉积法：通过在高温下使碳源气体分解，并在基底上沉积石墨烯。
该方法可以制备出高质量的石墨烯薄膜，但成本较高，生产效率较低。
2. 液相剥离法：利用溶剂剥离石墨得到单层或多层石墨烯。
该方法工艺简单，成本低，但产物中杂质较多，影响电池性能。
3. 化学氧化还原法：通过化学氧化天然石墨得到氧化石墨，再通过还原得到石墨烯。
该方法工艺成熟，可实现大规模生产。
四、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的性能研究基于石墨烯的锂离子电池负极材料具有较高的理论容量和良好的循环性能。
在充放电过程中，锂离子可以在石墨烯片层间嵌入和脱出，从而实现能量的存储和释放。
此外，石墨烯的优异导电性有助于提高电池的充放电速率，降低内阻。
然而，在实际应用中，还需解决石墨烯材料的一些问题，如容量衰减、循环稳定性等。
五、性能改进措施及研究进展针对基于石墨烯的锂离子电池负极材料存在的问题，研究者们提出了多种改进措施。
1. 纳米结构化：通过制备具有特殊纳米结构的石墨烯材料，如三维网络结构、多孔结构等，提高材料的比表面积和嵌锂能力，从而提高电池性能。
目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 1 引言 (1)1.1 石墨烯的制备 (2)1.1.1 机械剥离法 (2)1.1.2 电化学剥离法 (2)1.1.3 化学气相沉积法 (3)1.2 石墨烯电极材料的制备 (5)1.3 石墨烯电极材料电化学性能测试 (5)2 实验部分 (6)2.1 实验试剂 (6)2.2 实验仪器 (6)2.3 RHAC和GQDs的制备 (6)2.4 RHAC-GQDs的制备 (6)2.5 电极制备和电池组装 (7)3 结果和讨论 (8)3.1 分析了RHAC的比表面积和孔隙结构 (8)3.2 GQDs的拉曼光谱和荧光光谱分析 (8)3.3 红外光谱分析 (8)3.4 XRD分析 (8)3.5 扫描电镜分析 (9)3.6 循环伏安法测试分析 (9)3.7 恒流充放电试验分析 (9)3.8 电化学阻抗分析 (10)4 结论与展望 (12)4.1 结论 (12)4.2 主要创新点 (12)4.3 展望 (12)参考文献 (13)致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。
摘要石墨烯由于其十分优异的电学、热学和机械性能及优良的透光率、比表面积大等优势而广泛的受到人们追捧。
尤其是在2004年成功制得稳定存在的石墨烯之后，更是兴起了一股研究石墨烯的潮流。
如何成本低廉、面积大、数量丰富、质量优异的制备石墨烯，并将其应用在实际生产中是研究人员努力的目标。
本文主要对这几年中一些改善的或新的石墨烯的制备方法以及其电化学性能做了综述，从中可以看到石墨烯在电学方面存在巨大的发展潜力。
石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的物理、化学和机械性能。
自2004年被成功分离以来，石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。
然而，石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。
因此，对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。
功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。
改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。
通过这些方法，可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等，以满足不同应用场景的需求。
氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物，通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团，提高其水溶性和分散性。
还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上，通过还原剂将氧化基团还原为氢基团，以恢复石墨烯的导电性能。
官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团，如氨基、巯基等。
这些官能团可以与其它分子或离子反应，实现对石墨烯功能的进一步拓展。
共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团，实现与其他分子或材料的键合。
经过功能化改性后，石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。
在电子领域，功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。
在纳米制备领域，功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。
在复合材料领域，功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料，提高其力学、电磁、热学等方面的性能。
功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。
尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展，但仍存在许多问题需要进一步探讨。
功能化改性的方法需要进一步完善，以提高石墨烯的性能和稳定性。
石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题，需要开发更为高效和经济的方法。
石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究，以拓展其在生物医学领域的应用范围。
本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。
通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法，可以改善石墨烯的性能和应用范围。
二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能1二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，新型高性能电化学储能设备受到越来越广泛的关注。
二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料作为一种新型的电化学储能材料，具有较高的比电容和循环性能，在超级电容器和锂离子电池中都有广泛的应用。
本文主要介绍二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备与电化学性能。
一、制备方法二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备一般采用两步法，首先制备石墨烯泡沫材料，再利用化学气相沉积技术将二氧化锰负载在石墨烯泡沫材料表面，最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。
1. 制备石墨烯泡沫材料制备石墨烯泡沫材料的方法有多种，如化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学氧化还原法等。
本文介绍一种干法化学剥离法制备石墨烯泡沫材料的方法。
将天然石墨在高温下处理，使其表面产生氧化物，然后将氧化后的天然石墨和聚乙烯醇溶液混合，并通过超声波剥离得到石墨烯泡沫材料。
最后将石墨烯泡沫材料热处理，得到具有三维结构的石墨烯泡沫材料。
2. 负载二氧化锰将制备好的石墨烯泡沫材料浸泡在含有二氧化锰前体溶液的乙醇中，然后通过化学气相沉积技术将二氧化锰沉积在石墨烯泡沫材料表面。
最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。
二、电化学性能二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的电化学性能一般通过循环伏安法、电化学阻抗谱等测试手段进行测试。
1. 循环伏安法测定循环伏安法是一种常用的电化学测试方法，可以用于测试电化学反应的物理化学特性和电化学反应动力学特性。
将测试样品放置于电极中，在特定电位范围内进行循环伏安扫描，记录扫描图像。
通过扫描图像可以获得电极的片儿式容量、比电容、电化学反应动力学特性等数据。
2. 电化学阻抗谱测试电化学阻抗谱测试是一种可以获得电极电化学行为信息的测试方法。
将测试样品放置于电极中，施加一定的交流电压，记录阻抗谱。
锂离子电池正极材料的研究及其性能优化随着人们对环保意识的不断提高，电动汽车、能源存储以及便携式电子设备等需求愈发增长，锂离子电池作为一种高能量密度、轻量化、环保的电池类型备受瞩目。
而锂离子电池的性能，尤其是其正极材料的性能，是影响整个电池性能的关键因素。
本文将从锂离子电池正极材料的基础结构入手，通过对正极材料的组成元素以及内部作用机制的探究，分析其性能特点，并结合当前的研究进展，探讨锂离子电池正极材料的性能优化方向。
一、锂离子电池正极材料的基础结构锂离子电池是一种以锂离子在电解液中的扩散为工作原理的电池。
正极材料是锂离子电池中最重要的组成部分之一，其主要作用是存储锂离子和提供电子传导。
正极材料的基础结构一般由三个部分组成：金属氧酸化物、导电剂和粘结剂。
其中，金属氧酸化物是正极材料的主要成分，占正极材料的大部分重量，其在电池中起到存储锂离子的作用。
导电剂主要是为了提高正极材料的导电性，增加正极材料对锂离子的传导和储存能力，减小电极极化和电池内阻。
而粘结剂则是为了保证正极材料的结构牢固稳定，能够经受反复的充放电循环。
二、锂离子电池正极材料的组成元素及其作用机制1. 金属氧酸化物目前市场上主要使用的锂离子电池正极材料主要有三种金属氧酸化物：三元材料（如LiCoO2、LiMn2O4等）、锰酸锂材料（如LiMnO2）和钴酸锂材料（如LiFePO4）。
三元材料是较早研究和应用的正极材料之一，其磷酸根结构稳定，特别是在高温下稳定性好，同时其储能能力和功率密度优秀。
但是其中的钴含量高，钴资源稀缺，同时钴价格昂贵，因此其成本较高。
锰酸锂材料具有环保、价格低廉和锂离子传输速度快等优点，同时其钠离子掺杂还可提高其稳定性和循环寿命。
但是锰酸锂材料的能量密度较低，且容量随循环次数的增加而逐渐减小。
钴酸锂材料被认为是一种具有高安全性、优异的循环性能以及适合大电流放电的正极材料。
该材料的选择主要基于其晶体结构的稳定性和高的电子导电率。
高性能石墨烯复合材料的制备及其电催化性能研究石墨烯具有独特的二维结构和优异的物理、化学特性，使其成为材料科学领域的研究热点。
同时，与其他材料相比，石墨烯的电催化性能也备受关注。
在高性能石墨烯复合材料的制备及其电催化性能研究中，研究人员通过改变石墨烯的复合方式和结构调控，进一步提高了石墨烯复合材料的性能。
本文将从制备方法、复合材料的结构和电催化性能三个方面进行综述。
高性能石墨烯复合材料的制备方法多样，常见的方法包括物理复合、化学还原法和电化学法等。
物理复合是最简单、最常用的方法之一，通过物理混合石墨烯和其他材料，如金属、半导体等，可以实现不同材料之间的相互作用和优化性能。
化学还原法是将氧化石墨烯与还原剂反应，重新还原成石墨烯，同时掺杂其他材料，如金属、二氧化硅等，从而形成复合材料。
电化学法是利用电化学反应将石墨烯沉积到基底上，形成复合结构。
不同的制备方法对石墨烯的结构和性能具有重要影响，研究人员可以根据需求选择合适的方法进行制备。
石墨烯复合材料的结构调控也是提高其性能的关键。
通过控制复合材料的组成、形貌和结构，可以调控石墨烯复合材料的性能。
例如，石墨烯与金属复合可以提高电催化反应的活性，增强电流密度和电荷传输性能；石墨烯与半导体复合可以调控能带结构，提高能带的调控性。
此外，还可以通过控制石墨烯的层数、缺陷密度和表面修饰等来改变石墨烯复合材料的性能。
因此，在制备过程中，研究人员需要结合实际需求进行结构调控，以获得高性能的石墨烯复合材料。
关于石墨烯复合材料的电催化性能研究主要集中在电催化还原和电催化氧化两个方向。
电催化还原反应是将物质从高价态还原为低价态的反应，其反应速度和效率对于电池、传感器等电子器件的性能具有重要影响。
石墨烯复合材料的引入可以提高催化剂的活性，增加电池的能量密度和循环寿命。
例如，石墨烯与金属复合材料在电催化还原中表现出优异的活性和稳定性，具有广泛的应用潜力。
电催化氧化反应是将物质从低价态氧化为高价态的反应，其反应速度和效率对于燃料电池、光电池等能源器件的性能有很大影响。
高电化学性能三维网状氮掺杂石墨烯的制备钟文斌;谭兮亦【摘要】3D nitrogen‐doped graphene (NRG) was prepared in the hydrothermal method with graphene oxide (GO) as the raw material and melamine as the nitrogenous source and reducing agent .Scanning electron microscopy , X‐ray photoelectron spectroscopy ,Raman spectroscopy ,nitrogen adsorption‐desorption analysis and electrochemical measurements were used to characterize the morphology ,structure ,components and supercapacitor performance of as‐prepared electrode materials .The results showed that GO could be reduced efficiently by melamine and realized N‐do‐ping at the sametime .The 3D structure was built due to the strong interaction between graphene sheets .Its content of nitrogen atoms was 4 .37% .The electrochemical performance was measured through electrochemical tests .When the mass ratio of GO and melamine was 1∶2 (NRG‐2) ,the highest specific capacitance of 296 F/g can be achieved at the current density of 1 A/g ,which was higher than the capacitance of other mass ratios of GO and melamine .88 .5%of the capacitance of NRG‐2 remained after 1000 cycles ,which meant that NRG‐2 had a long life cycle .%以氧化石墨烯（GO）为原料，三聚氰胺为还原剂和氮掺杂剂，经过水热法制备出了氮掺杂石墨烯（NRG）三维网络．通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）、氮气吸脱附分析和电化学表征等测试手段对样品的形貌、结构和电化学性能进行表征．结果表明：三聚氰胺在水热的条件下有效地将GO还原并实现氮掺杂，三聚氰胺将氧化石墨烯还原之后，使得石墨烯之间的相互作用力增强，从而使石墨烯搭建出三维网络结构，其氮含量可达4．37％．电化学测试表明，当GO与三聚氰胺质量比为1∶2（NRG‐2）时，在1A／g时其最大比电容值达到了296F／g，这个比电容值高于其他不同GO与三聚氰胺质量比所制备出的氮掺杂石墨烯的比电容值．NRG‐2还显示出优良的循环寿命，经过1000次恒电流充放电循环后比电容保留量为88．5％．【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(043)006【总页数】5页(P53-57)【关键词】石墨烯;三聚氰胺;氮掺杂;水热法;超级电容器【作者】钟文斌;谭兮亦【作者单位】湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410082;湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TB34;O613.71超级电容器(supercapacitors)也叫电化学电容器(electrochemical capacitors EC)，相对于传统电容器具有更高的比能量，相对于二次电池具有更高的比功率，以及更长的循环寿命，它的循环寿命大于105次[1].因而，超级电容器能够储存更多能量以提供给电力消耗设备和汽车，是一种绿色环保，性能优秀的新型储能器[1-2].石墨烯是由碳原子以 sp2杂化连接组成的一层二维平面，碳原子位于石墨烯网络中的蜂巢晶体点阵上.因而，石墨烯是世界上最薄的二维材料, 它的厚度只有0.35 nm[3].由于这种特殊的结构使其具有许多独特性质，比如大的比表面积，优异的电学性能和高的载流子迁移率，同时也是制备超级电容器电极的理想材料[4-5].然而结构完整的石墨烯化学性质十分稳定，表面没有任何基团，呈现出惰性状态，使得石墨烯在许多方面的研究和应用受到了极大的限制.现阶段，解决这个问题的主要途径是对石墨烯进行改性，比如化学修饰、共价键功能化改性、化学掺杂等[6-8].而由于氮原子与碳原子具有相似的原子半径，氮原子掺杂后可作为电子供体，能使氮掺杂石墨烯显示出相对于单纯石墨烯更多的优异性能，因此，对于氮原子掺杂石墨烯有广泛的研究[8].目前，制备氮掺杂石墨烯的主要方法有化学气相沉积法[9]、电弧放电法[10]、氨气等离子法[11]等.Xue[12]等人曾以吡啶为氮源，在300 ℃的温度下，通过化学气相沉积法制备出了含氮量高达16.7%的单层氮掺杂的n型石墨烯.Sheng[13]等人曾将三聚氰胺与氧化石墨烯在固相的状态下研磨均匀后，在Ar气氛保护下高温焙烧制备出氮掺杂石墨烯.此外，氨气[5]、乙腈[14]、尿素[15-16]等含氮化合物均是制备氮掺杂石墨烯的常用氮源.由于三聚氰胺含氮量高，价格低廉，是作为制备氮掺杂石墨烯的理想氮源[13].本文先将三聚氰胺溶解于乙醇和去离子水的混合溶剂中，再与氧化石墨烯分散液配成混合溶液，经水热反应后制备出了氮掺杂石墨烯，并对其进行了结构和电化学性能分析.1.1 氧化石墨烯(GO)制备称取10 g石墨，5 g NaNO3于三颈瓶中，搅拌，在冰水浴下加入230 mL 98%浓硫酸，搅拌10 min，向三颈瓶中加入30 g KMnO4，5 min加完，搅拌2 h，将三颈瓶置于35 ℃水浴锅中，保持搅拌3 h，用恒压漏斗向三颈瓶加入460 mL去离子水，升温至95 ℃，搅拌1 h，加入720 mL去离子水，搅拌10 min，用恒压漏斗加入80 mL 30% 双氧水，用砂型漏斗抽滤，将滤饼溶于1 000 mL 5mol/L 盐酸中，再抽滤除去锰离子，重复用1 000 mL 5 mol/L 盐酸洗3次.再将滤饼溶于2 000 mL去离子水中，静置1 d，倒掉上层清液，再加入去离子水，重复换水10次左右直至氧化石墨液的pH值大于4，将氧化石墨超声，离心，最后得氧化石墨烯分散液.1.2 氮掺杂石墨烯的制备分别将20 mg，40 mg，80 mg三聚氰胺溶解于10 mL乙醇和5.7 mL去离子水中，加入4.3 mL 4.7 mg/mL的氧化石墨烯，配成三聚氰胺:氧化石墨烯质量比分别为1∶1，2∶1，4∶1的溶液，用高压反应釜反应，反应温度180 ℃，反应时间8 h，再用稀盐酸洗涤所得固体，用去离子水洗去稀盐酸，冷冻干燥后得到所需样品.所得样品名称分别为NRG-1,NRG-2和NRG-4.不加入三聚氰胺，保持其他实验条件相同，则可制得空白样RG.1.3 电极制作方法样品研细后经100目不锈网筛过筛.将样品，碳黑，聚四氟乙烯乳液(50%)按质量比8∶1∶2配制成泥浆状.称量空电极的质量M0，涂电极，再用10 MPa压片2 min，90 ℃烘箱烘干，称电极质量M，则样品电极质量m=0.8(M-M0).制备好的电极在1 mol/L 稀硫酸电解液中浸泡12 h以上，再测电化学.1.4 材料表征与性能测试扫描电子显微镜(SEM, 日本Hitachi公司的S-4800)，X光电子能谱分析(XPS，美国Thermo Scientific公司的250Xi)，激光拉曼光谱仪(Raman，美国Varian公司的LR-3)用于材料的形貌、元素组成、结构表征.对于材料的电化学性能测试是采用上海辰华仪器公司的CHI 660C型电化学工作站.所用测试体系为三电极体系，其中，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，电解液为1 mol/L稀硫酸.测试窗口电压为-0.2～0.8 V.利用恒电流充放电测试计算比电容，所用公式为：C=It/(ΔVm)交流阻抗测试所用的频率范围为0.01～105Hz.在循环寿命测试中用恒电流充放电循环测试1 000次，测试电流密度为10 A/g.从低倍的SEM图(图1(a))中可看出NRG-2中石墨烯在三聚氰胺的作用下相互交联，形成了三维网络结构.在高倍的SEM图(图1(b))中可明显看出石墨烯片无规则排列，片与片的边界相互交联，最终形成网络.三聚氰胺与氧化石墨烯通过水热反应，使氧化石墨烯被还原.由于氧化石墨烯上的含氧基团部分被去除，增强了石墨烯片层之间的π-π相互作用力，最终形成三维网络结构[17].正是这种网络的存在，有利于离子的扩散，减小了扩散电阻，从而改善了电化学性能.经XPS分析，NRG-2的氮含量为4.37%.如图2(a)所示，将其N 1s峰进行分峰，可得3个不同氮类型的氮峰，分别为吡啶型氮(398.5 eV)，吡咯型氮(399.6 eV)和石墨型氮(400.1 eV)[18].通过3种氮峰的峰面积计算可知，吡啶型氮，吡咯型氮和石墨型氮占总氮掺杂量的百分比分别为29.21%，55.68%和15.11%.对于氮掺杂石墨烯电极材料而言，其赝电容主要来源于吡啶型氮和吡咯型氮，石墨型氮则主要是提高电极材料的导电性[19]，而NRG-2中的氮元素绝大部分是以前两种类型的氮掺杂于石墨烯片中.因此，通过氮掺杂，NRG-2的比电容能够得到较大程度的提高.在拉曼谱图(图2(b))中，NRG-2主要存在两个波带，分别为D带(1 324 cm-1)和G带(1 582 cm-1).D带表示的是石墨区域上的结构缺陷，G带代表结构完整的碳结构.ID/IG可表示材料的无序化程度，ID/IG比值越大表明石墨区域上的缺陷越多[17].计算得出NRG-2和RG的ID/IG比值分别为1.35和1.21，NRG-2的ID/IG 比值增大可认为氮原子掺杂于石墨烯中引起晶格畸变，从而产生更多缺陷[1].通过对NRG-2进行氮气吸脱附测试可反映材料的孔结构.NRG-2的比表面积为22.9 m2/g，孔径主要集中在2～50 nm，孔类型为介孔.NRG-2,NRG-1,NRG-4和RG在扫描速率为1 mV/s时的循环伏安(CV)图如图3所示.从图中看出，RG的循环伏安图形近似为矩形，说明RG的比电容主要由双电层电容提供.而NRG-2的循环伏安图在0.2 V左右存在明显的氧化还原峰，这是由于吡啶型氮和吡咯型氮在电化学测试中发生了氧化还原反应，从而产生了赝电容[1,19].循环伏安图的积分面积可以反映材料的比电容大小，从图3中看出NRG-2的积分面积最大，RG的最小，NRG-1和NRG-4的介于中间，即NRG-2比电容最大，RG比电容最小.该现象表明，样品的比电容大小与三聚氰胺是否加入，以及加入量有关.对于RG，由于没有三聚氰胺加入，没有氮掺杂，使得它的比电容最小；当三聚氰胺的量过少时，氮掺杂量少，限制了比电容的提高；而当三聚氰胺的量过多时，影响了石墨烯的网络结构，从而没有有效提高比电容值.图4(a)为NRG-2,NRG-1,NRG-4和RG在1A/g的电流密度下的恒电流充放电(GCD)图.由图可看出，RG的充放电曲线是直线，显示出双电层电容特性.而NRG-2,NRG-1和NRG-4的充放电曲线则是带有一点弯曲的弧线，说明由于氮元素的存在使得它们在充放电测试过程中存在氧化还原过程[19].NRG-2,NRG-1,NRG-4和RG在不同电流密度下的恒电流充放电比电容比较图如图4(b)所示.在电流密度为1 A/g时NRG-2的比电容可达296 F/g，在电流密度提高至10 A/g时，其比电容仍有246 F/g.而RG在1 A/g时的比电容值仅为163 F/g.在电流密度为1 A/g时，NRG-2的比电容值与RG的相比提高了81.6%，又根据循环伏安测试结果，可认为掺入石墨烯中的氮元素所产生的赝电容使NRG-2的电容值提高了81.6%，NRG-1和NRG-4的比电容值介于中间，与循环伏安测试结果相一致.通过比电容值对比，说明了NRG-2具有较高的比电容和倍率性能，这主要归功于两方面：一方面是氮掺杂提供了赝电容，提高了NRG-2的比电容值；另一方面是NRG-2的三维网络结构有利于离子扩散，减少了材料电阻，提高了NRG-2的倍率性能.由交流阻抗测试所得的Nyquist曲线(图5(a))可以很清楚地了解样品的电子转移特点和离子扩散情况.在曲线的低频区，NRG-2和RG的图像呈近似直线，说明它们的电容行为是较为理想的双电层电容行为[19].Warburg电阻表示电解质与电极之间的界面电阻，用沿着低频区的切线与X轴的夹角表示，角度越小说明其电阻越小[19].由图可看出NRG-2的Warburg电阻小于RG的，这是由于氮原子掺杂使得NRG-2的亲水性增强，降低了界面电阻.曲线高频区半圆弧的直径可代表电极材料的电荷转移电阻[1].NRG-2和RG的电荷转移电阻分别为1.3 Ω和2.4 Ω.NRG-2的电荷转移电阻较小可能是由于一部分氮原子以石墨型氮的形式掺杂于石墨烯中，而这种类型的氮能提高导电性[17]，使得NRG-2的电荷转移电阻减小.在10 A/g电流密度下，NRG-2和RG经过1 000次循环之后，比电容保留量分别为88.5%和84.5%(见图5),说明NRG-2有良好的充放电结构稳定性，从而具有优秀的循环寿命.本文将三聚氰胺与氧化石墨烯经过180 ℃水热反应成功制备出了具有三维网络结构的氮掺杂石墨烯.经XPS分析，NRG-2有4.37%的含氮量，且氮的类型主要是吡咯氮和吡啶氮.通过电化学测试表明NRG-2具有高的电化学性能，在1 A/g时，比电容可达296 F/g，并且具有优秀的循环稳定性，在1 000次循环后比电容保留量仍有88.5%.。
电化学法制备石墨烯薄膜及其导热性能研究
黄鹏程;涂飞跃;刘素琴;肖可颂
【期刊名称】《矿冶工程》
【年(卷),期】2022(42)4
【摘要】采用优化的先浓硫酸氧化插层、再稀硫酸二次氧化插层的两步电化学氧化方法,将石墨纸电极剥离成缺陷较少、水平尺寸较大的氧化石墨烯薄片;利用平板刮涂的方式将氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮分散浆料组装成氧化石墨烯薄膜,经由3 000℃的高温石墨化热处理过程和后续辊压操作,获得了性能优异的石墨烯导热薄膜材料,导热系数达到了3 090 W/(m·K)。
讨论了氧化石墨烯前驱体的氧含量、中值粒径数据及薄膜厚度对石墨烯薄膜导热性能的影响,并分析了其作用机理,可为石墨烯在导热领域的商业化应用提供参考。
【总页数】5页(P155-158)
【作者】黄鹏程;涂飞跃;刘素琴;肖可颂
【作者单位】长沙矿冶研究院有限责任公司;中南大学化学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】O646
【相关文献】
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光电性能4.石墨烯/聚醚胺复合薄膜制备及其导热性能研究5.Ag/石墨烯复合薄膜的制备及其导热和电磁屏蔽性能研究
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第35卷第1期2024年3月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.35No.1Mar.2024Sb 2S 3/石墨烯负极材料的制备及其储钠性能研究王旭1，杨观华*1，2，李翼宏1，张志国1，张杰1（1.广西科技大学机械与汽车工程学院，广西柳州545616；2.广西师范大学广西低碳能源材料重点实验室，广西桂林541004）摘要：钠离子电池（sodium-ion batteries,SIBs ）具有成本低的潜在优势，有望成为替代锂离子电池（lithium ionbatteries,LIBs ）的储能设备。
为提升钠离子电池的性能，开发出适应钠离子脱嵌的负极材料尤为重要。
硫化锑（Sb 2S 3）因其理论比容量高被认为是较好的钠离子电池负极材料。
本文使用简单水热法将Sb 2S 3与石墨烯复合，制备Sb 2S 3/石墨烯复合材料（Sb 2S 3/Gr ）。
结果表明：Sb 2S 3/Gr 作为钠离子电池负极时，不仅表现出良好的电导率（3.5×10-3S/cm ）和钠离子扩散速率（4.853×10-13cm 2/s ），而且在0.5A/g 的电流密度下，首圈库伦效率为76.27%，经150次循环后的比容量稳定在488mA·h/g ，表现出较高的比容量。
Sb 2S 3/Gr 复合材料表现出了极大的应用潜力，为高性能钠离子电池负极材料的研发提供了一定的参考价值。
关键词：钠离子电池；硫化锑（Sb 2S 3）；石墨烯；负极材料中图分类号：TB33；TM912DOI ：10.16375/45-1395/t.2024.01.0150引言随着全球化石燃料的过度消耗和环境污染问题的日趋严重，锂离子电池（lithium ion batteries,LIBs ）作为储能型电池得到了快速发展[1]。
LIBs 作为一种成熟的电化学储能技术，因其能量密度高、使用寿命长和记忆效应小的特点，基本占据了日常生活中移动电子设备和电动车的主流市场。
超级电容器的电极材料设计与制备超级电容器作为一种新兴的储能设备，具有高能量密度、快速充放电速度和长循环寿命等优点，在电动汽车、可穿戴设备和智能电网等领域具有广阔的应用前景。
其中，电极材料的设计与制备是影响超级电容器性能的关键因素之一。
本文将就超级电容器的电极材料设计与制备进行深入探讨。
首先，在超级电容器的电极材料设计方面，需要考虑的因素有很多。
电极材料作为超级电容器储能的关键组成部分，应具备良好的电导率、特定的比表面积和优异的电化学稳定性。
传统的电极材料如活性碳能够提供高比表面积，但其电导率较低；而金属氧化物则具有较高的电导率，但比表面积较小。
因此，研究人员常常通过合成复合材料或掺杂改性来兼顾这些性能。
在合成复合材料方面，石墨烯和碳纳米管等碳基材料因其优异的导电性和高比表面积被广泛应用于超级电容器的电极材料设计中。
石墨烯具有单原子厚度、高柔韧性和优异的导电性等特点，可以有效提高电极材料的导电性和比表面积，从而提高超级电容器的性能。
同时，碳纳米管也因其高导电性和独特的结构而成为制备电极材料的理想选择。
除了碳基材料，金属氧化物也是超级电容器电极材料设计中的重要候选者。
例如，氧化钼、氧化镍和氧化锰等金属氧化物在超级电容器中具有良好的电化学性能和储能特性，逐渐成为研究热点。
通过调控金属氧化物的形貌、晶格结构和表面性质，可以有效提高其电容性能和循环寿命。
此外，金属氧化物与碳基材料的复合亦可发挥双方的优势，进一步提升超级电容器性能。
在掺杂改性方面，通过引入氮、硫、磷等非金属元素或过渡金属离子掺杂到电极材料中，可以有效改善超级电容器的电化学性能。
例如，氮掺杂的碳材料能够提高电极材料的导电性和电容性能，同时增强其循环稳定性和耐久性。
因此，掺杂改性成为提升电极材料性能的有效手段之一。
在超级电容器的电极材料制备过程中，通常包括原料物理混合、化学合成、结构调控和性能测试等多个环节。
在原料物理混合时，应该按照一定的配方比例将电极活性物质与导电剂和粘结剂混合均匀，确保电极材料具有良好的结构和性能。
“电化学性能”资料文集目录一、一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯及其电化学性能二、二次锂电池用含硫正极材料的制备及电化学性能研究三、锂离子电池硬碳负极材料的制备与电化学性能研究四、石墨烯聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能五、球形氢氧化镍的微结构形成机理与电化学性能六、石墨烯金属氧化物复合材料的制备及电化学性能研究一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯及其电化学性能近年来，纳米材料在电化学领域的应用受到了广泛关注。
其中，氧化石墨烯（GO）和MoO3纳米带由于其独特的物理化学性质，在能量存储和转换方面展现出巨大的潜力。
然而，如何实现高效、环保的制备方法，并优化其电化学性能，仍是一个挑战。
本文采用一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯（rGO），并对其电化学性能进行了研究。
本研究采用一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯。
将GO分散在水中，然后加入Mo源和适量的还原剂。
通过控制水热反应的条件，如温度、时间、pH等，实现MoO3纳米带与GO的还原反应。
制备得到的复合材料通过射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段进行表征。
通过控制水热反应条件，成功制备出MoO3纳米带还原氧化石墨烯复合材料。
射线衍射结果表明，MoO3以结晶态存在，且与石墨烯具有良好的相容性。
扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察表明，MoO3纳米带均匀分布在rGO表面，形成连续的网络结构。
在电化学性能测试中，MoO3纳米带还原氧化石墨烯表现出优异的电化学性能。
相比于纯rGO，复合材料的比电容和循环稳定性得到显著提高。
这归功于MoO3纳米带与rGO之间的协同效应，增强了材料在充放电过程中的结构稳定性。
本研究采用一步水热法制备MoO3纳米带还原氧化石墨烯复合材料，并对其电化学性能进行了研究。
结果表明，MoO3纳米带与rGO的复合有效地提高了材料的比电容和循环稳定性。
这为发展高效、环保的电化学储能材料提供了一种新的策略。
新型全固态钠离子电池的制备及性能研究随着人类对环境的关注，可再生能源逐渐成为全球能源消耗结构中的不可或缺一环。
其中，电池作为储存能量和提供电力的关键部件，正在从传统的锂离子电池向新型的固态电池转变。
而固态钠离子电池是新型电池中备受关注的一类，因其具有高容量、低成本、可再生性等优点而备受瞩目。
本文将针对固态钠离子电池的制备过程和性能研究进行探讨。
一、固态钠离子电池的背景随着新能源的不断发展，传统电池已经无法满足现代社会的需求。
然而在储能和供电方面，传统电池的应用仍然相当广泛，如手机、笔记本电脑等。
钠离子电池作为锂离子电池的一种替代品，具有高能量密度、低成本、丰富的资源等优点，被认为是下一代电池的有力竞争者。
但是相对于锂离子电池而言，钠离子电池其极限电压较低，且钠离子的离子半径较大，难以在传统的电解液中形成高效的离子传输通道，从而影响了其电化学性能。
为了提高钠离子电池的性能，研究者们开始探索使用全固态电解质的方式。
全固态电解质与传统的液态电解质相比，具有更高的离子导电性、较低的电池内阻、更好的安全性等优点，从而为钠离子电池的发展提供了无限的可能。
二、全固态钠离子电池的制备方法1. 固态电解质的制备固态电解质是全固态钠离子电池的关键部分，其主要作用是储存离子和电子，并在两个电极之间形成离子导电通道以实现电池放电。
在固态电解质的选择上，目前常用的有氧化物电解质、硫化物电解质和杂化电解质等。
其中，氧化物电解质由于其电化学稳定性好、化学惰性强等特点，因此成为了大多数研究者的选择。
氧化物电解质的制备包括固相反应和液相制备。
其中，固相反应的方法主要有固相反应法、固相反应烧结法、反应熔盐法等；而液相制备的方法主要有溶胶-凝胶法、熔盐法、溶剂挥发凝胶法等。
2. 电极材料的制备钠离子电池的电极通常由电极材料、电导剂和粘结剂三部分组成。
电极材料的选择直接影响电池的性能，目前研究的电极材料主要包括非金属氧化物、石墨烯和钠离子传输材料等。
石墨烯（人类目前最强的功能材料）是目前已知的最薄最轻的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度（3.4Å）。
导电性极强：石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
超高强度：石墨（由石墨烯一层一层摞起来的）是矿物质中最软的，但被分离成一个碳原子厚度的石墨烯后，性能则发生突变，其硬度金刚石还高，却又拥有很好的韧性，且可以弯曲。
瑞典皇家科学院在颁布2010年诺贝尔物理学奖的时候曾这样比喻其强度：利用单层石墨烯制作的吊床可以承载一直4Kg的兔子。
这样可以估算，如果将多层石墨烯叠放在一起，使其厚度与食物保鲜膜相同的话，便可以承载一辆2吨重的汽车。
超大比表面积：由于石墨烯的厚度只有一个碳原子厚，即3.4Å ，所以石墨烯拥有超大的比表面积，理想的单层石墨烯的比表面积能够达到 2630 m2/g，而普通的活性炭的比表面积为 1500 m2/g，超大的比表面积使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。
1.石墨烯基处理器运行速度将达 1000GHz 多晶硅目前已经成为半导体产业的基础原料，被大量应用于集成电路。
随着制作工艺的不断提升，目前硅基芯片的运行速度已经达到了 GHz的级别。
随着技术的不断进步，对于计算机运行速度的要求也不断提高，目前的硅基集成电路的发展受到了本身材料的限制，在室温下硅基处理器的运行速度达到4-5GHz 后就很难在继续提高。
石墨烯拥有比硅更高的载流子迁移率（即载流子在电场作用下运动速度快慢的量度），是一种性能非常优异的半导体材料，电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的1/300，要比在其他介质中的运行速度高很多，而且只会产生很少的热量。
使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到 1THz（即1000GHz）。
石墨烯未来很可能成为硅的替代者，成为半导体产业新的基础材料。
代替硅生产超级计算机。
2. 石墨烯提升锂离子电池性能锂离子电池已经成为当前用途最广泛、前景最广阔的电池能源，其结构由正极、负极、隔膜和电解液组成。
万华化学负极装置简介
万华化学负极装置是一种用于锂离子电池的负极材料。
它采用了石墨烯改性技术，具有优异的电化学性能和循环稳定性。
该负极装置由以下几个部分组成：
1. 石墨烯基负极材料：万华化学负极装置采用石墨烯作为基础材料，通过改性技术提高了其导电性和锂离子嵌入/脱嵌能力。
这使得电池具有更高的能量密度和更长的循环寿命。
2. 粘结剂：为了将石墨烯负极材料与电池的集流体连接起来，万华化学负极装置使用了高性能的粘结剂。
这种粘结剂能够提供良好的粘结强度和电导率，确保负极材料与集流体之间的有效接触。
3. 集流体：作为电池的导电极，集流体起到连接负极与正极的作用。
万华化学负极装置采用高纯度的铜箔或铝箔作为集流体，以确保电池的高效运行和稳定性。
举个例子来说，当万华化学负极装置应用于电动汽车的锂离子电池中，它可以提供更高的能量密度和更长的续航里程。
这意味着电动汽车可以行驶更远的距离，而不需要频繁充电。
此外，由于负极装置具有较长的循环寿命，电池的使用寿命也得到了延长，减少了更换电池的频率和成本。
