氧化铁石墨烯复合负极材料的制备(2)

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4.5制作电池 11

4.6电化学性能测试 11

5.Fe2O3/石墨烯复合材料的表征 12

5.1样品结构表征 12

5.2不同样品的单周放电比容量比较 15

5.3不同样品的电化学循环性能比较 18

6.结论 21

致谢 23

参考文献 24

1、引言

锂电池是当前市场上使用非常广泛的便携电池设备，可用于手机、手提电脑、电动车、电动公交等电子交通讯息设备。目前市场上的锂电池负极材料主要以石墨类材料为主，但石墨的理论比容量只有372mAhg-1，无法满足大型电子设备的需求。鉴于纳米Fe2O3具有较高的比容量，较好的储锂能力，石墨烯具有厚度薄，片层比面积大，还原度高的优点，将两者进行复合作为负极材料使电池表现出最佳性能。石墨烯有助于锂的嵌入和脱出，抑制电解质的分解。两者结合，可以弥补金属氧化物不良循环性能的缺点，发挥石墨烯较高比容量的稳定性能，有利于体现两种材料的协同作用。

石墨烯卓越的性能使得石墨烯材料的研究受到了各个领域学科的专家的重视，但如何制备大规模、性能稳定的石墨烯则是个巨大的挑战。目前已经有许多关于制备石墨烯的报道，主要包括：微机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉淀法、SiC外延生长法、热膨胀剥离法和溶剂剥离法。

2.1 石墨烯的制备研究

2.1.1微机械剥离法

2004 年,英国曼彻斯特大学Geim领导的研究小组[1]首次用微机械剥离法, 成功地从高取向热解石墨(HOPG)上剥离出了最大宽度为10µm的石墨烯片并观测到单层石墨烯。该小组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌, 揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。

随后,2007年Meyer等[2]发现单层石墨烯表面有一定高度的褶皱, 单层石墨烯表面褶皱程度明显大于双层石墨烯, 且随着石墨烯层数的增加褶皱程度越来越小。从热力学推测石墨烯表面的褶皱可能是二维石墨烯存在的必要条件, 石墨烯表面的褶皱对其性能的影响有待深一步的探索。微机械剥离法可以制备出高质量、稳定的石墨烯, 但是产率低并且成本高, 不符合大规模工业规模生产的要求, 目前只能作为实验室小规模制备石墨烯的方法。

2.1.2氧化还原法

肖淑华等[3]采用了改进的Hummers法制备氧化石墨，加入双氧水和去离子水的混合物，搅拌至亮黄色，用5%稀盐酸洗涤滤饼3次，将氧化石墨和去离子水配成溶液，磁力搅拌48h，离心机离心20min,超声波处理上清液。将获得氧化石墨配成溶液，加入水合肼，在90-95 C水浴中还原，过滤，将样品放入烘箱内干燥36h,得到产品。

2.1.3化学气相沉积法

2009年，美国麻省理工学院的J Kong研究组［4］与韩国成均馆大学的B H Hong研究组［5］制备出了大面积少层石墨烯，利用沉积有多晶Ni膜的硅片作为基体，并成功地将其从基体上完整地转移下来。CVD法制备石墨烯时一般过程为［6］: 先在基底表面形成一层过渡金属薄膜，以此金属膜为催化剂，以CH4为碳源，经气相解离后在过渡金属膜表面形成石墨烯片层，最后通过酸液腐蚀金属膜得到石墨烯。

2.1.4 SiC外延生长法

Clair Bigger等利用该方法制备出单层［7］和多层［8］石墨烯薄片并研究了其性能，具体方法是在单晶6H-SiC的Si-terminated（0001）面上通过热解脱Si来制备石墨烯。将表面经过氧化或H2蚀刻后的样品在高真空下通过电子轰击加热到1000 Ｃ以除掉表面的氧化物，用俄歇电子能谱确定氧化物被完全去除后，升温至1250~1450℃，恒温1～20min，形成石墨烯薄片。