论文部分内容阅读
石墨烯是由sp2碳原子形成的二维蜂窝结构,具有很高的载流子浓度和迁移率。石墨烯与金属氧化物复合材料在微电子、电化学储能、催化领域有着广泛的应用前景。在诸多的石墨烯基复合材料的合成方式中,原位合成所得的复合材料具有更加清晰可控的复合界面并且不引入杂质,促进了材料的性能调控和优化。但是,石墨烯和大多金属氧化物的晶格失配度较高,要实现原位生长,必须通过表面缺陷的调控以实现表面电学改性,进而诱导复合材料的原位合成。目前报道的石墨烯与金属氧化物复合材料大多通过物理混合或者过渡层改性实现,通过缺陷调控诱导制备复合材料还有很大的研究前景。本论文着眼于石墨烯的表面缺陷,包括表面官能团和微观形貌,通过调控材料表面缺陷,诱导石墨烯与金属氧化物复合材料的原位生长,并研究缺陷对复合材料的制备和电学性能的影响,具体如下:1.含氧官能团修饰诱导制备氧化还原石墨烯/氧化锌异质结本研究通过氧化还原法得到GO和rGO,并通过原位电沉积得到基于rGO的rGO/ZnO复合材料,构建了 rGO/ZnO异质结。通过对rGO进行不同温度、不同时间的退火处理对其进行了表面含氧官能团调控。通过对复合结构微观结构和电学性能的表征,发现当对rGO在氢气氛围中进行400℃,30min退火处理时,所得到的rGO展现了较为稳定的p型导电性,相应的rGO/ZnO异质结也表现出较好的整流特性。进一步对rGO表面官能团的分析得出,当rGO表面C-sp2含量为～54%并且C-sp2/(OH+COC)比例为～1.6时,复合材料能够展现出整流特性,而在不同的退火条件下,羟基和环氧基之间的相互转换,对rGO的电学性质起到了至关重要的作用。2.微观形貌调控诱导构建缺陷化3D石墨烯本研究通过CVD和电沉积,以泡沫镍为基础模板,以氧化锌纳米棒和氧化镁纳米片为表面微观形貌的修饰模板,制备了“石墨烯—氧化锌—氧化镁—石墨烯”3D多层结构,并且研究了材料的电化学储能特性。研究发现在多层材料的制备和模板的清洗过程中,石墨烯形成了大量结构缺陷诱导的微观形貌,如褶皱,孔洞,颗粒等。作为锂电池负极材料,该结构展现出了良好的倍率性能(2204 mAh/g,0.5A/g;330mAh/g,20A/g)和稳定性(容量存留 83%,4A/g,500 次循环),和多数纯碳电极相比,电化学储能特性得到了大幅提升。