過渡金屬硫化物與石墨烯復合納米材料的合成及其電化學儲鋰性能.pdf

1、石墨烯具有優(yōu)異的導電性、高的電子遷移率、大的比表面積、好的柔韌性等獨特的性質(zhì)，在納米電子器件、電化學儲能和能源轉(zhuǎn)換等領域具有廣泛的應用。最近，其他2D納米片材料(如過渡金屬硫化物，TMDs)也引起了人們的極大研究興趣。與體相材料相比，這些2D過渡金屬硫化物納米片材料顯示不尋常的物理和化學特性，使其在場效應晶體管、光電子器件、鋰離子電池電極材料等方面具有重要應用前景。本論文用溶劑熱或水熱方法制備了CoSx/石墨烯和類石墨烯過渡金屬硫化物(

2、MoS2，SnS2)/石墨烯的復合納米材料，研究其制備條件對過渡金屬硫化物/石墨烯復合納米材料的微觀結(jié)構和電化學儲鋰性能的影響，討論了復合納米材料的形成機理及其電化學性能增強的原因。通過對制備條件的優(yōu)化，最后所制備的過渡金屬硫化物/石墨烯復合納米材料具有高的電化學儲鋰可逆容量、優(yōu)異的循環(huán)性能和高倍率充放電特性。
　　采用十六烷基溴化銨(CTAB)陽離子表面活性劑協(xié)助的水熱方法和隨后的熱處理制備了類石墨烯MoS2/石墨烯(GL-Mo

3、S2/G)復合材料，并用XRD，F(xiàn)ESEM，HRTEM和Raman光譜對其進行了表征，研究了CTAB的不同濃度對復合材料的微結(jié)構及其電化學儲鋰性能的影響。結(jié)果表明:MoS2片的層數(shù)隨著CTAB濃度的增加而減少。在CTAB濃度為0.01-0.03 M時，GL-MoS2/G復合材料為少層數(shù)結(jié)構，而當濃度增大到0.05 M時，復合材料為單層結(jié)構。在CTAB的濃度為0.01-0.02M時水熱制備的GL-MoS2/G復合材料比其他樣品具有更高的可

4、逆比容量(940-1020 mAh/g)，更好的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率充放電性能。GL-MoS2/G復合材料電化學儲鋰性能的增強是由于GL-MoS2與石墨烯二者之間的協(xié)同效應、以及準3D的多孔復合材料結(jié)構。
　　通過一步溶劑熱合成法制備硫化鈷/石墨烯復合材料納米片。通過XRD，SEM和TEM表征可知，球狀的硫化鈷顆粒的平均粒徑約為150 nm，由混合相CoS2，CoS和Co9S8組成，并高度分散在卷曲的石墨烯上。硫化鈷顆粒通過有選擇性

5、的成核與生長以高度一致的形貌和尺寸分布在GOS表面。所制備的硫化鈷/GNS復合物展現(xiàn)了在100 mA/g的電流密度下有高達1018 mAh/g的可逆電化學儲鋰容量。而且，在50次循環(huán)后期可逆容量仍保持在950 mAh/g以上，同時具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率充放電性能。復合材料其顯著的電化學性能可能歸功于其強有力的復合結(jié)構以及石墨烯好的導電性，高的電荷遷移率，大的比表面積和好的柔韌性。
　　通過改變L-半胱氨酸在水熱過程中的量來制

6、備SnS2-SnO2/G復合材料，并研究其晶體結(jié)構以及電化學性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):水熱過程中當L-cys的量較少時(Sn4+∶L-cys=1∶1)，Sn4+反應得到主要是SnO2，由于SnO2與石墨烯間并沒有較強的相互作用，使得它們的協(xié)同效應較差，從而影響其電化學性能，在測試其電化學循環(huán)性能時可得到，該材料在50次循環(huán)后容量僅為483.5 mAh/g，容量保持率僅有55.1％。而在水熱過程中L-cys的量較大時(Sn4+∶L-cys=1∶4)