收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳纳米片的制备及其性能研究

刘洋  
【摘要】:碳纳米片(Carbon nanosheet, CNS)是一种新型二维纳米碳材料,以石墨烯(Graphene)为代表,由于其具有较高的比表面积和优良的导电性能,在电化学能量存储和催化领域备受瞩目。本论文分别采用球磨天然石墨、还原氧化石墨法、以及模板法制备碳纳米片。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及热失重曲线分析(TGA)等对材料形貌和结构进行表征,并通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学分析方法测试其电化学性能,详细地考察材料的微观结构和电化学性能之间内在的联系。 以天然石墨(NG)、炭黑(CB)、碳纳米管(CNT)为原料,采用机械球磨法制备石墨纳米片及其复合碳纳米材料即GNS、GNS/CB、GNS/CNT、GNS/CB/CNT。由于球磨制备出的石墨纳米片易堆叠或团聚,所以在天然石墨中掺杂球形炭黑和碳纳米管来改善石墨纳米片的团聚问题。通过对其电化学性能测试可知,在扫速为2mV·s~(-1)时,复合材料GNS/CB/CNT的比电容达到107.8F·g~(-1),而GNS、GNS/CB、GNS/CNT的比电容分别达到82.6F·g~(-1)、87.7F·g~(-1)、77.6F·g~(-1)。当扫速为100mV/s时,材料GNS、GNS/CB、GNS/CNT、GNS/CB/CNT的比容量保持率分别为34%、41%、49%、45%。从测试结果可知,复合材料GNS/CB/CNT的电化学性能最好,比容量保持率较高,这是因为在球磨中,球形炭黑容易进到石墨片的边缘,在球磨机械力作用下,易使石墨片剥离成石墨纳米片,而炭黑均匀分散在石墨纳米片上阻止其团聚,提高了其比表面积,同时碳纳米管以其管道连通相邻的石墨纳米片,增大了导电网络,增强了其电化学性能。通过对这些材料的电化学分析,复合材料GNS/CB/CNT是较理想的电极材料。 采用还原氧化石墨法制备石墨烯。在电压扫描速率为2mV·s~(-1)时,石墨烯电极的比容量为124.9F·g~(-1),球磨制备的石墨纳米片的比容量仅为82.6F·g~(-1),到100mV/s时还原后的石墨烯比电容达到84.6F·g~(-1),其比容量保持率为68%。从结果看还原后的石墨烯比球磨后制备的石墨纳米片的电化学性能要好,这是因为球磨制备的石墨纳米片厚而且片大,所以其比表面积小;而氧化石墨在制备中引入含氧官能团,其产生的斥力阻止了氧化石墨的团聚,超声分散成单层氧化石墨烯后在碱性条件下还原,这避免了在还原过程中氧化石墨烯凝聚成团,所以制备出的石墨烯比球磨制备的石墨纳米片薄而且片小,有效提高了石墨烯的比表面积,使电解液离子在其内部快速传输与转移,所以石墨烯的电化学性能就较好。 以沥青为碳源,多孔MgO为模板,通过模板法制备出柱状多孔碳纳米片,其比表面积高达883m2·g~(-1)。在扫速为2mV·s~(-1)时,其制备电极的比容量为289.2F·g~(-1),当扫速为1000mV·s~(-1)时,其比容量还能达到180.2F·g~(-1),比容量保持率高达62%。这主要是因为所制备的碳材料为3D柱状多孔碳,它拥有相互连接的开放孔型表面,在两层碳纳米片之间分布着垂直树立的多孔碳纳米柱,这就增大了碳纳米片的间距,且每个碳纳米片上都有大小均一呈蜂窝状的介孔,这就大大的增加了其比表面积,使电解液离子不仅在平面多孔碳纳米片的孔道内传输与扩散,还可以在立体空间上通过多孔碳纳米柱上扩散,这样的二级扩散极大地提高了活性材料的电化学利用率。而利用片状Mg(OH)2纳米片和球形MgO纳米颗粒为模板制备的多孔碳纳米片,在2mV·s~(-1)的扫速下,其比容量分别为195F·g~(-1)、159.2F·g~(-1),到1000mV/s时它们的比容量保持率分别为53%和56%。这些电化学性能与其微观结构是紧密相连的,以片状Mg(OH)2为模板制备的多孔碳纳米片,其微观结构为碳纳米片层与层之间相互叠加在一起,但是片层之间有空隙,电解液离子主要是在片层之间传输与扩散;而以球形MgO为模板制备的多孔碳纳米片,片上有均匀的碗底状孔型,但是片较厚,所以电解液离子主要是在片上的孔道内扩散,而且在片上的孔道扩散速度小于在片层之间的扩散速度,所以以片层Mg(OH)2为模板制备的多孔碳纳米片的电化学性能较好。总体而言,利用模板MgO制备的3D柱状多孔碳纳米片是理想的电极材料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 肖敏,杜续生,孟跃中,张世震;新方法合成导电聚芳双硫醚/石墨剥离纳米复合材料(英文)[J];中山大学学报(自然科学版);2003年S1期
2 杜续生,肖敏,孟跃中,Hay A S;新方法合成聚芳双硫醚/石墨导电纳米复合材料(英文)[J];中山大学学报(自然科学版);2003年S1期
3 ;美科学家设计出简便快速的纳米电线制造方法 只需加热即可将氧化石墨烯转为导电物质[J];光机电信息;2010年06期
4 黄颖霞;周宁琳;李利;刘颖;魏少华;沈健;;石墨层间化合物的合成及其结构研究[J];南京师大学报(自然科学版);2005年04期
5 黄萍珍;莫羡忠;;聚合物/氧化石墨纳米复合材料的研究进展[J];化工技术与开发;2006年09期
6 连锦明,童庆松,郑曦,胡光辉,王水菊;电解氧化法膨胀石墨形成机理研究[J];化学研究;2000年02期
7 李波;邹艳红;刘洪波;;Ni/石墨纳米复合材料的制备及微波吸收性能研究[J];炭素技术;2007年04期
8 程顺喜;马文石;;磺化聚醚醚酮/氧化石墨复合膜的制备与表征[J];合成材料老化与应用;2009年03期
9 夏娟;唐定兴;;氧化石墨片层中含氧官能团的探讨[J];安徽工程大学学报;2011年01期
10 古玲;赵建国;孙占国;李江;郭永;;氧化石墨烯的制备及其负载抗感染药物的研究[J];纳米科技;2011年02期
11 杨永岗;陈成猛;温月芳;杨全红;王茂章;;氧化石墨烯及其与聚合物的复合[J];新型炭材料;2008年03期
12 雷芸;张科;潘群;邹琴;袁继祖;;石墨烯载钴材料的制备[J];硅酸盐通报;2011年01期
13 ;文摘[J];炭素技术;2008年05期
14 黄桂荣;陈建;;化学分散法制备石墨烯及结构表征[J];炭素技术;2009年04期
15 ;炭素专利[J];炭素技术;2009年06期
16 ;石墨烯纳米抗菌材料研究获进展[J];材料导报;2010年17期
17 ;石墨烯纳米电路技术获得新进展[J];技术与市场;2011年02期
18 征茂平,金燕苹,夏金童,陈宗璋;氟化石墨的制备及表征[J];机械工程材料;1999年06期
19 连锦明,童庆松,陈前火;膨胀石墨形成过程电子显微研究[J];电子显微学报;2002年05期
20 邹艳红;刘洪波;傅玲;李波;陈宗璋;;热解温度对氧化石墨的结构与导电性能的影响[J];硅酸盐学报;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 寇亮;高超;;以氧化石墨烯为模板的二维二氧化硅片的制备[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
2 郑龙珍;黄丹灵;熊乐艳;纪忆;董泽民;邹志君;;自支撑石墨烯薄膜的制备及其性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第5分会场摘要集[C];2012年
3 刘红丽;王宇辉;周晓东;胡继明;;氧化石墨烯猝灭荧光高灵敏检测半胱氨酸[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
4 张学全;冯奕钰;封伟;;氧化石墨烯电导率的紫外光调控研究(英文)[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
5 高超;阚兰艳;胡晓珍;许震;;石墨烯基二维分子刷[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
6 高洁;暴峰;马睿;;4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、氧化石墨烯扩链聚乳酸的制备及表征[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
7 王成双;金其诚;谢鸿峰;程镕时;;氧化石墨辐照接枝聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 曲广波;刘思金;;氧化石墨烯通过破坏细胞骨架和氧化应激途径诱导巨噬细胞凋亡和功能损伤[A];中国化学会第28届学术年会第2分会场摘要集[C];2012年
9 于艳敏;赵乃勤;师春生;;氧化石墨负载钯的制备及电化学储氢性能[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
10 许智;刘磊;王文龙;白雪冬;;氧化石墨烯还原过程的原位透射电镜研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘智勇;基于氧化石墨烯/聚合物光伏特性的研究[D];北京交通大学;2011年
2 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年
3 王璐;团簇与氧化石墨烯的结构、电子性质和储氢特性[D];大连理工大学;2011年
4 张佳利;化学还原氧化石墨烯及其衍生物的制备、性质和应用研究[D];上海交通大学;2011年
5 李冬杰;碳基复合材料制备及性能研究[D];天津大学;2009年
6 李冰;基于氧化石墨烯的光电功能材料设计制备与性质研究[D];东北师范大学;2011年
7 程兰雅;二茂铁修饰的寡肽类功能材料及染料修饰的氧化石墨烯功能材料的研究[D];华东理工大学;2012年
8 徐超;基于石墨烯材料的制备及其性能的研究[D];南京理工大学;2010年
9 陈超;碳改性TiO_2及其块体结构的制备与可见光活性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 吴静;用于逆转肿瘤多药耐药的纳米药物载体的研究[D];天津医科大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘洋;碳纳米片的制备及其性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 郭魁;球磨对石墨烯纳米片的电化学性能影响研究[D];北京化工大学;2012年
3 董树梅;氧化石墨烯改性及其环氧树脂复合材料的制备研究[D];华东理工大学;2011年
4 张培;基于氧化石墨烯的电化学生物传感器研究及应用[D];复旦大学;2011年
5 杨祎;氢氧化镍掺杂氧化石墨烯的制备以及电性能的研究[D];河南师范大学;2012年
6 党志敏;氧化石墨烯及其复合材料的制备与表征[D];南京理工大学;2010年
7 王晓燕;氧化石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备与表征[D];复旦大学;2010年
8 周静;氧化石墨烯和石墨烯的制备、表征与应用[D];南京大学;2011年
9 洪朝;氧化石墨烯负载催化剂的制备及其氧还原催化性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 刘瑞琼;聚丙烯酰胺/氧化石墨烯水凝胶的制备及性能研究[D];北京化工大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 陶加;氧化石墨烯新工艺打开应用新空间[N];中国化工报;2011年
2 蒋学华;破除旧俗 树彝乡文明新风[N];凉山日报(汉);2008年
3 本报记者 李智勇;漂洋过海吴庄米浆面[N];福州日报;2008年
4 常丽君;为纳米设备充电的装置在美问世[N];科技日报;2011年
5 本报记者 白明云 米赢;文明新风扑面来[N];凉山日报(汉);2008年
6 严庆安;打动孩子们的心[N];河北经济日报;2001年
7 本报记者 马昱华;德惠经济快速发展[N];吉林日报;2003年
8 小雨;大米锅巴[N];河南科技报;2006年
9 李小根 夏敏;印尼食品卫生标准提高[N];中国国门时报;2003年
10 本报记者 万成龙;文明生活从点滴开始[N];凉山日报(汉);2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978