無機物—石墨烯納米復(fù)合材料的合成及其性質(zhì)研究

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1、無機物-石墨烯納米復(fù)合材料的合成及其性質(zhì)研究(申請清華大學(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:曹化強教授指導(dǎo)教師二○一七年四月SynthesesandPropertiesofGrapheneBased-InorganicNanaocompositesDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinChemis

2、trybyYinWenzhuDissertationSupervisor:ProfessorCaoHuaqiangApril,2017摘要摘要當今社會，能源和環(huán)境問題制約著社會的發(fā)展?？稍偕茉吹睦煤铜h(huán)境的保護是人們關(guān)注的熱點問題。石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)使之具有機械強度高、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，并在環(huán)境科學(xué)、電化學(xué)傳感器、能量存儲和催化等領(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極材料和超級電容器中的應(yīng)用開展研究的。具體工作如下：1、利用SnO2納米材料的優(yōu)異吸附性能，通過簡單的水熱法，一步合成了SnO2-石墨烯納米復(fù)合材料（SOG），超細SnO2納米顆粒均勻地負載在石墨烯表面上；SOG材料對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)用價值。2、通過溶劑熱法制備出磁性的CoFe2O4-石墨烯（CFG）納米復(fù)合材料。對CFG進行吸附性能探究；研究表明CFG具有吸附

4、效率高、吸附速度快、吸附種類多、無毒環(huán)保且對環(huán)境條件不苛刻等特點，CFG材料可通過磁分離手段從溶液中分離出來，并可利用良溶劑將染料洗脫出來，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、對環(huán)境友好等優(yōu)點被選做鋰離子電池的負極材料。為此，通過溶劑熱合成Zn2SnO4-石墨烯（ZSG）納米復(fù)合材料，通過一些表征手段發(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)壽命長等優(yōu)點。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極材料時，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，在1Ag-1電流密度下循環(huán)3000次，其容量保持率為73.1%，庫侖效率仍在99%以上，展現(xiàn)了超強的循環(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