基于石墨烯負(fù)載的金屬及其氧化物量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、為了滿足新一代儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)高功率/高能量密度的要求，探索高性能鋰離子電池負(fù)極材料成為目前的緊迫任務(wù)。金屬氧化物，擁有優(yōu)越的高比容量性能（例如SnO2、Mn3O4、Fe3O4等，>900mAh g-1），但是在應(yīng)用中存在著較大的缺陷：Li+/電子擴(kuò)散速率低和體積膨脹嚴(yán)重。針對(duì)這些缺點(diǎn)，研究者所采用的改性策略主要包括兩種：納米化與復(fù)合化。納米化可以縮短Li+/電子在顆粒體相內(nèi)的擴(kuò)散路徑，改善材料的高倍率性能；同時(shí)，納米化縮小了材料的絕對(duì)體積變

2、化，能夠有效緩解脫嵌鋰過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。復(fù)合化是將金屬氧化物材料與高電導(dǎo)率材料復(fù)合（例如，熱解碳、納米碳管等），可以有效提升復(fù)合材料的電導(dǎo)率；同時(shí)，引入的復(fù)合材料也能夠作為緩沖介質(zhì)改善材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本工作制備了金屬氧化物量子點(diǎn)/石墨烯復(fù)合材料，通過(guò)量子點(diǎn)與石墨烯復(fù)合，顯著改善了復(fù)合材料的電導(dǎo)率與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提升了活性材料的電化學(xué)性能。運(yùn)用X射線衍射（XRD）、熱重分析（TGA）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡

3、（TEM），選區(qū)電子衍射（SAED）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）、循環(huán)伏安（CV）和交流阻抗（EIS）等多種表征和測(cè)試手段研究了材料的組成、形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，分析金屬氧化物量子點(diǎn)/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的改性機(jī)理，對(duì)于金屬氧化物在高性能鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)作用。
　?。?）本工作設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單、高效的一步水熱法用于制備分散均勻的SnO2@C/GNS復(fù)合材料，該材料具有優(yōu)越的高比容量性能（2.0A g-1的電流密度下可

4、逆比容量為860mAh g-1）。量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的SnO2表現(xiàn)出了高度的可逆性，SnO2的實(shí)際比容量貢獻(xiàn)達(dá)到了1331mAh g-1。原位碳包覆的SnO2量子點(diǎn)與石墨烯的復(fù)合有效改善了復(fù)合材料的電導(dǎo)率，并顯著提升了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。一步水熱法條件溫和、高效，對(duì)于錫基氧化物負(fù)極材料的研究與應(yīng)用具有重要的作用。
　　（2）首次提出了膠狀膜輔助法，并結(jié)合FT-IR、XRD和TEM等表征手段，明確了膠狀膜輔助法的反應(yīng)機(jī)理。利用膠狀膜輔助法分別

5、在石墨烯（GNS）與石墨烯微片（GNPs）表面高效負(fù)載了過(guò)渡金屬氧化物量子點(diǎn)：MnO-QDs/GNS與Fe3O4-QDs/GNPs，展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能。膠狀膜輔助法對(duì)高效制備過(guò)渡金屬氧化物量子點(diǎn)/石墨烯復(fù)合材料具有重要的指導(dǎo)作用。
　　本論文的研究工作具有重要意義。首先，本論文研究了金屬氧化物量子點(diǎn)/石墨烯的儲(chǔ)鋰能力，揭示了其在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究潛力；其次，量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的金屬氧化物表現(xiàn)出高度的反應(yīng)活性，對(duì)于金屬氧化物儲(chǔ)鋰