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1、無(wú)機(jī)物-石墨烯納米復(fù)合材料的合成及其性質(zhì)研究(申請(qǐng)清華大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：化學(xué)系學(xué)科：化學(xué)研究生：尹文竹:曹化強(qiáng)教授指導(dǎo)教師二○一七年四月SynthesesandPropertiesofGrapheneBased-InorganicNanaocompositesDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinChemis
2、trybyYinWenzhuDissertationSupervisor:ProfessorCaoHuaqiangApril,2017摘要摘要當(dāng)今社會(huì)，能源和環(huán)境問(wèn)題制約著社會(huì)的發(fā)展。可再生能源的利用和環(huán)境的保護(hù)是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)使之具有機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、導(dǎo)電性好、電子遷移率大、化學(xué)穩(wěn)定性好以及可剪裁、修飾等特點(diǎn)，并在環(huán)境科學(xué)、電化學(xué)傳感器、能量存儲(chǔ)和催化等領(lǐng)域有著十分誘人的應(yīng)用前景。本論文圍繞著如何高效制備金屬氧化物、硫化物與石墨烯復(fù)合的納米復(fù)合物，并研究這些納米復(fù)合材料在水
3、體系中去除染料的性能以及在鋰離子電池負(fù)極材料和超級(jí)電容器中的應(yīng)用開(kāi)展研究的。具體工作如下：1、利用SnO2納米材料的優(yōu)異吸附性能，通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱法，一步合成了SnO2-石墨烯納米復(fù)合材料（SOG），超細(xì)SnO2納米顆粒均勻地負(fù)載在石墨烯表面上；SOG材料對(duì)一些染料有著很好的吸附性能，展現(xiàn)出優(yōu)異的吸附速度和吸附效率；在較寬的pH條件下可以吸附多種染料，且可循環(huán)使用，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。2、通過(guò)溶劑熱法制備出磁性的CoFe2O4-石墨烯（CFG）納米復(fù)合材料。對(duì)CFG進(jìn)行吸附性能探究；研究表明CFG具有吸附
4、效率高、吸附速度快、吸附種類多、無(wú)毒環(huán)保且對(duì)環(huán)境條件不苛刻等特點(diǎn)，CFG材料可通過(guò)磁分離手段從溶液中分離出來(lái)，并可利用良溶劑將染料洗脫出來(lái)，使CFG材料能夠循環(huán)使用。3、Zn2SnO4作為一種常溫下穩(wěn)定的復(fù)合氧化物，其理論容量大、廉價(jià)、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)被選做鋰離子電池的負(fù)極材料。為此，通過(guò)溶劑熱合成Zn2SnO4-石墨烯（ZSG）納米復(fù)合材料，通過(guò)一些表征手段發(fā)現(xiàn)Zn2SnO4納米顆粒的尺寸大約在12-18nm，且均勻分散地附著在石墨烯表面上；研究發(fā)現(xiàn)ZSG作為負(fù)極材料的活性物質(zhì)，展現(xiàn)出比容量大、倍率性
5、能好、循環(huán)穩(wěn)定性好和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。4、利用成熟的水熱工藝制備Co3S4-石墨烯（CSG）納米復(fù)合材料，材料中存在大量介孔和大孔結(jié)構(gòu)，為優(yōu)良的電化學(xué)性能提供了保障。作為鋰離子電池的負(fù)極材料時(shí)，表現(xiàn)出充放電循環(huán)穩(wěn)定性好、可快充快放和放電比容量大。作為贗電容材料時(shí)，在1Ag-1電流密度下循環(huán)3000次，其容量保持率為73.1%，庫(kù)侖效率仍在99%以上，展現(xiàn)了超強(qiáng)的循環(huán)穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：石墨烯；納米復(fù)合材料；染料去除；鋰離子電池；超級(jí)電容器。IAbstractAbstractAtpresent,provoki
6、ngenergyandenvironmentalissuesareringingalarmbellstohumansociety.Duetotheiruniqueproperties,togetherwiththeireaseofsynthesisandfunctionalization,graphene-basedmaterialshavebeenshowinggreatpotentialinenergystorageandadsorptionofdyesinwater.Inthisdissertat
7、ion,Ifocusedonthedesignandfabricationinorganichybridizedgraphene-basedcompositesforremovalofdyesandanodematerialsinlithium-ionbatteries.1.SnO2-reducedgrapheneoxidenanocomposites(shortingforSOG)weresynthesizedbysimplehydrothermalmethod.SnO2nanoparticleswe
8、reuniformlysupportedonthesurfaceofgraphenewithasizeof4-5nm.TheadsorptionperformanceandpotentialapplicationvalueoftheSOGwereevaluatedbythestudyofadsorptiontime,pHvalueofwaterenvironment,differentdye,kineticadsorptionmodel.T
