基于石墨烯模板的功能材料可控制備與儲能研究.pdf

1、石墨烯作為一種新型的二維材料，不但可以作為碳質材料的基本結構單元組裝具有特定結構和功能的碳基材料，而且可以構建得到具有不同功能的石墨烯基復合材料。上述材料相比石墨烯具有更好的可操作性和更為廣闊的應用空間，但是結構調控限制了其功能調控及在不同領域的實用化。在本論文中，針對材料的可控制備，我們提出了石墨烯基材料作為“多功能模板”的概念，研究了材料制備過程中氧化石墨烯及石墨烯薄膜的模板作用，并實現(xiàn)了石墨烯/金屬氧化物或金屬雜化材料的可控制備；

2、發(fā)展了一種水脫除誘導構建開放層級孔道石墨烯基薄膜的策略，并分析了片層尺寸對其組裝行為及組裝體結構和性能的影響，為石墨烯基模板進一步應用奠定了基礎；提出了自模板制備片狀多孔碳的方法，并探索了其在儲能領域的潛在應用。
　　利用氧化石墨烯作為一種新型的“軟模板”，實現(xiàn)了對氧化鐵納米顆粒生長過程和二次顆粒的調控。結果表明，少量氧化石墨烯即可對氧化鐵的結構和尺寸產(chǎn)生較大影響，并且可以得到具有致密結構的二次顆粒。得到的氧化鐵微球/石墨烯雜化材

3、料作為鋰電負極表現(xiàn)出了高的體積能量密度，在0.1 A g-1下，體積比容量可達1200 mAh cm-3。
　　提出了以石墨烯組裝形成的二維夾層空間作為導向模板制備非碳納米片的方法。通過在氧化石墨烯片層上預種Sn4+，并抽濾獲得具有層狀結構的薄膜，在熱處理還原過程中，熔融態(tài)的錫沿著二維夾層空間生長形成納米片，獲得了具有三明治結構的石墨烯/錫納米片雜化材料。該結構提供了高效的“面-面”接觸，并且大大緩沖了錫在充放電過程中的體積膨脹，

4、因此在作為鋰電負極時表現(xiàn)出高的容量特性和良好的循環(huán)性能。
　　從水的相圖出發(fā)，利用水的不同脫出過程實現(xiàn)了對石墨烯薄膜結構的有效調控。制備得到的具有開放層級孔道結構的石墨烯薄膜表現(xiàn)出高的片層利用率和優(yōu)異的吸附特性，同時，獨特的結構還為電解液離子提供了快速的傳輸通道和高的儲能活性表面，在超級電容器及鋰硫電池中表現(xiàn)出優(yōu)異性能。通過不同超聲時間實現(xiàn)了對氧化石墨烯片層尺寸的調控，并深入研究了片層尺寸對其組裝行為及組裝體結構和性能的影響。