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金属氧化物@石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯复合材料的制备、表征及性能研究

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 石墨烯

1.3 石墨烯复合材料

1.4 石墨相氮化碳

1.5 石墨相氮化碳复合材料

1.6 论文研究意义及内容

第二章 实验仪器及方法

2.1 概述

2.2 仪器和药品

2.3 材料表征技术

2.4锂离子电池性能参数指标

2.5 电化学性质测试

2.6 催化制氢性能的测试

第三章 CoxOy@g-C3N4复合材料的制备、表征及磁力传动催化产氢性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结构与形貌表征

3.4 催化产氢性能

3.5 小结

第四章 不同气氛下紫外光处理提高二氧化钛-碳壳-石墨烯复合材料锂离子电池性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结构与形貌表征

4.4 二氧化钛-碳壳-石墨烯复合材料锂离子电池性能测试

4.5 小结

第五章 五氧化二钒-二氧化钛-石墨烯复合材料的合成、表征及锂离子电池电极材料的应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结构与形貌表征

5.4 五氧化二钒-二氧化钛-石墨烯复合材料锂离子电池性能测试

5.5 小结

总结

参考文献

致谢

个人简历

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摘要

本文以氧化石墨烯(GO)为前驱体,通过水热方法制备了金属氧化物-碳壳-石墨烯和金属双氧化物-石墨烯复合材料;以三聚氰胺为前驱体,通过一步固态合成法制备出了金属/金属氧化物-石墨相氮化碳复合材料。将所制备的材料用于锂离子电池和催化硼氢化钠水解制氢中,均表现出良好的性能。
  首先,合成了 CoxOy@石墨相氮化碳复合材料(CCN),钴和钴的氧化物负载在石墨相氮化碳(g-C3N4)纳米片上,作为催化硼氢化钠水解制氢的催化剂,得到较好的性质。CCN复合材料由于钴纳米颗粒的存在使其具有超顺磁性。另外,CCN复合材料可以自身充当磁子用来磁力传动。在室温下,其催化硼氢化钠水解制氢的速率达到710 mL·min?1·g?1,通过阿伦尼乌斯公式计算反应的表观活化能为41.2 kJ·mol?1。CCN复合材料循环稳定性较好,即使在循环重复使用8次的情况下,产氢速率和水解程度仍基本保持一致。g-C3N4和CoxOy的完美结合使得复合材料在产氢方面的催化效率提高,且磁力传动效率高于磁子机械搅拌。超顺磁性质更进一步提高了其应用性。
  其次,通过温和的路径合成了二氧化钛-碳壳-石墨烯复合材料(TCG)。在空气气氛和氮气气氛下分别用紫外光(254 nm)处理0.5 h,得到了TCG-UV-AIR和TCG-UV-N2复合材料。对三种材料进行了X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜等各项表征以及锂离子电池性能的测试。结果表明,经过紫外光处理后,二氧化钛复合材料电性能提高。在氮气气氛下光照,二氧化钛纳米颗粒的结晶度和碳的石墨化程度提高。TCG-UV-N2复合材料在0.2 C循环200次放电比容量仍可保持261 mA·h·g?1。
  最后,合成了五氧化二钒-二氧化钛-石墨烯复合材料(VTG),通过在制备过程中改变两种金属氧化物前驱体的滴加顺序(先二氧化钛前驱体后五氧化二钒前驱体),合成了TVG复合材料。对这两种复合材料进行了结构表征以及锂离子电池性能的测试。结果表明,VTG复合材料碳的石墨化程度提高,表现出较好的电化学性质。VTG复合材料在0.2 C循环200次放电比容量保持410 mA·h·g?1,库伦效率接近100%,表现出了良好的锂离子电池循环稳定性。

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