偏錫酸鋅-還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、碳材料和碳復(fù)合材料具有較大的比表面積，在儲能方面具有巨大的應(yīng)用潛力，已經(jīng)引起了研究者們極大的興趣。作為一種目前最薄的，強(qiáng)度最大的碳材料——石墨烯，由于其特殊的電氣、機(jī)械、熱學(xué)和光學(xué)性能，以及它獨特的兩維(2D)結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率高、表面積大、親水性好、表面易修飾等優(yōu)點而倍受人們的青睞。雙金屬氧化物ZnSnO3因具有理論容量高、價格低廉、容易制備、資源豐富以及形態(tài)多樣等優(yōu)勢被認(rèn)為是非常具有發(fā)展前景的鋰離子電池負(fù)極材料。制備不同形貌、尺寸的ZnS

2、nO3并用石墨烯材料及其他碳材料進(jìn)行單層或多層表面修飾，能夠有效地提高復(fù)合材料在充放電過程中的電子傳導(dǎo)能力、緩沖充放電過程中材料體積的變化、維持電極結(jié)構(gòu)的完整性，大大提升了其在能量存儲方面的應(yīng)用潛力。
　　本論文中，采用兩種方法分別制備了空心 ZnSnO3@C/rGO微立方體(ZS@C/rGO)復(fù)合材料和小顆粒介孔ZnSnO3/rGO復(fù)合材料(ZSGC)。具體過程如下：
　?。?）通過低溫共沉淀法合成前驅(qū)體空心 ZnSn(O

3、H)6微立方體，將其在 N2氣氛中450?C煅燒2 h制備了無定形的空心ZnSnO3微立方體，隨后用葡萄糖對制得的材料進(jìn)行表面碳修飾，接著應(yīng)用溶膠靜電自組裝法將用聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)修飾后的碳涂層材料和石墨烯進(jìn)行復(fù)合，再對復(fù)合后的材料進(jìn)行180?C水熱處理得到圓柱狀凝膠ZS@C/rGO，最后真空冷凍干燥該凝膠制得空心ZS@C/rGO微立方體復(fù)合材料。
　　（2）通過改變溫度和堿的濃度，采用共沉淀法進(jìn)一步合成了前驅(qū)體Z

4、nSn(OH)6，將其在N2氣氛中450?C煅燒2 h制備了無定形的ZnSnO3材料，隨后用陽離子表面活性劑PDDA對制備的 ZnSnO3進(jìn)行修飾使材料表面帶正電荷，接著采用溶膠靜電自組裝法將制得的帶正電荷的ZnSnO3和帶負(fù)電荷的石墨烯進(jìn)行復(fù)合，再對復(fù)合后的材料進(jìn)行180?C水熱處理得到圓柱狀凝膠ZSGC，最后真空冷凍干燥此凝膠制得粒徑為10-20 nm的小顆粒介孔ZS GC。
　　采用 XRD、BET、SEM、TEM等表征方法

5、對制得的 ZnSnO3、ZS@C、ZS@C/rGO及 ZSGC等材料進(jìn)行分析表征，并用電化學(xué)測試手段對這些材料進(jìn)行電化學(xué)性能的對比研究。電化學(xué)測試結(jié)果表明：在0.1A g-1的電流密度下，空心ZS@C/rGO材料的首次放電/充電比容量高達(dá)1984/1283 mA h g-1，在循環(huán)45周后仍能達(dá)到1040/1027 mA h g-1；在以相對大的電流密度1.0 A g-1進(jìn)行倍率性能測試時，經(jīng)80周循環(huán)后其平均放電/充電比容量仍能保持在

6、828/813 mA h g-1。三元復(fù)合材料的儲鋰性能明顯優(yōu)于ZS@C及純的ZnSnO3，其優(yōu)越的鋰存儲性能可歸結(jié)于該材料獨特的中空結(jié)構(gòu)，石墨烯包覆和碳涂覆兩次碳修飾這些步驟的協(xié)同作用。在0.1A g-1的電流密度下，小顆粒介孔ZSGC材料的首次放電/充電比容量高達(dá)2013/1057mA h g-1，在循環(huán)100周后仍能達(dá)到718/696mAhg-1；在以相對大的電流密度1.0 A g-1進(jìn)行倍率性能測試時，經(jīng)80周后其平均放電/充電