无机物—石墨烯纳米复合材料的合成及其性质研究

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1、无机物-石墨烯纳米复合材料的合成及其性质研究(申请清华大学理学博士学位论文)培养单位：化学系学科：化学研究生：尹文竹:曹化强教授指导教师二○一七年四月SynthesesandPropertiesofGrapheneBased-InorganicNanaocompositesDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinChemis

2、trybyYinWenzhuDissertationSupervisor:ProfessorCaoHuaqiangApril,2017摘要摘要当今社会，能源和环境问题制约着社会的发展。可再生能源的利用和环境的保护是人们关注的热点问题。石墨烯的特殊结构使之具有机械强度高、比表面积大、导电性好、电子迁移率大、化学稳定性好以及可剪裁、修饰等特点，并在环境科学、电化学传感器、能量存储和催化等领域有着十分诱人的应用前景。本论文围绕着如何高效制备金属氧化物、硫化物与石墨烯复合的纳米复合物，并研究这些纳米复合材料在水

3、体系中去除染料的性能以及在锂离子电池负极材料和超级电容器中的应用开展研究的。具体工作如下：1、利用SnO2纳米材料的优异吸附性能，通过简单的水热法，一步合成了SnO2-石墨烯纳米复合材料（SOG），超细SnO2纳米颗粒均匀地负载在石墨烯表面上；SOG材料对一些染料有着很好的吸附性能，展现出优异的吸附速度和吸附效率；在较宽的pH条件下可以吸附多种染料，且可循环使用，具有潜在的应用价值。2、通过溶剂热法制备出磁性的CoFe2O4-石墨烯（CFG）纳米复合材料。对CFG进行吸附性能探究；研究表明CFG具有吸附

4、效率高、吸附速度快、吸附种类多、无毒环保且对环境条件不苛刻等特点，CFG材料可通过磁分离手段从溶液中分离出来，并可利用良溶剂将染料洗脱出来，使CFG材料能够循环使用。3、Zn2SnO4作为一种常温下稳定的复合氧化物，其理论容量大、廉价、对环境友好等优点被选做锂离子电池的负极材料。为此，通过溶剂热合成Zn2SnO4-石墨烯（ZSG）纳米复合材料，通过一些表征手段发现Zn2SnO4纳米颗粒的尺寸大约在12-18nm，且均匀分散地附着在石墨烯表面上；研究发现ZSG作为负极材料的活性物质，展现出比容量大、倍率性

5、能好、循环稳定性好和循环寿命长等优点。4、利用成熟的水热工艺制备Co3S4-石墨烯（CSG）纳米复合材料，材料中存在大量介孔和大孔结构，为优良的电化学性能提供了保障。作为锂离子电池的负极材料时，表现出充放电循环稳定性好、可快充快放和放电比容量大。作为赝电容材料时，在1Ag-1电流密度下循环3000次，其容量保持率为73.1%，库仑效率仍在99%以上，展现了超强的循环稳定性。关键词：石墨烯；纳米复合材料；染料去除；锂离子电池；超级电容器。IAbstractAbstractAtpresent,provoki

6、ngenergyandenvironmentalissuesareringingalarmbellstohumansociety.Duetotheiruniqueproperties,togetherwiththeireaseofsynthesisandfunctionalization,graphene-basedmaterialshavebeenshowinggreatpotentialinenergystorageandadsorptionofdyesinwater.Inthisdissertat

7、ion,Ifocusedonthedesignandfabricationinorganichybridizedgraphene-basedcompositesforremovalofdyesandanodematerialsinlithium-ionbatteries.1.SnO2-reducedgrapheneoxidenanocomposites(shortingforSOG)weresynthesizedbysimplehydrothermalmethod.SnO2nanoparticleswe

8、reuniformlysupportedonthesurfaceofgraphenewithasizeof4-5nm.TheadsorptionperformanceandpotentialapplicationvalueoftheSOGwereevaluatedbythestudyofadsorptiontime,pHvalueofwaterenvironment,differentdye,kineticadsorptionmodel.T