基于石墨烯負載的金屬及其氧化物量子點復合材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、為了滿足新一代儲能設備對高功率/高能量密度的要求，探索高性能鋰離子電池負極材料成為目前的緊迫任務。金屬氧化物，擁有優越的高比容量性能（例如SnO2、Mn3O4、Fe3O4等，>900mAh g-1），但是在應用中存在著較大的缺陷：Li+/電子擴散速率低和體積膨脹嚴重。針對這些缺點，研究者所采用的改性策略主要包括兩種：納米化與復合化。納米化可以縮短Li+/電子在顆粒體相內的擴散路徑，改善材料的高倍率性能；同時，納米化縮小了材料的絕對體積變

2、化，能夠有效緩解脫嵌鋰過程中產生的機械應力，提高材料的結構穩定性。復合化是將金屬氧化物材料與高電導率材料復合（例如，熱解碳、納米碳管等），可以有效提升復合材料的電導率；同時，引入的復合材料也能夠作為緩沖介質改善材料結構的穩定性。本工作制備了金屬氧化物量子點/石墨烯復合材料，通過量子點與石墨烯復合，顯著改善了復合材料的電導率與結構穩定性，提升了活性材料的電化學性能。運用X射線衍射（XRD）、熱重分析（TGA）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡

3、（TEM），選區電子衍射（SAED）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）、循環伏安（CV）和交流阻抗（EIS）等多種表征和測試手段研究了材料的組成、形貌、結構和電化學性能，分析金屬氧化物量子點/石墨烯復合結構的改性機理，對于金屬氧化物在高性能鋰離子電池負極材料的應用具有重要的指導作用。
　?。?）本工作設計了簡單、高效的一步水熱法用于制備分散均勻的SnO2@C/GNS復合材料，該材料具有優越的高比容量性能（2.0A g-1的電流密度下可

4、逆比容量為860mAh g-1）。量子點結構的SnO2表現出了高度的可逆性，SnO2的實際比容量貢獻達到了1331mAh g-1。原位碳包覆的SnO2量子點與石墨烯的復合有效改善了復合材料的電導率，并顯著提升了材料的結構穩定性。一步水熱法條件溫和、高效，對于錫基氧化物負極材料的研究與應用具有重要的作用。
　?。?）首次提出了膠狀膜輔助法，并結合FT-IR、XRD和TEM等表征手段，明確了膠狀膜輔助法的反應機理。利用膠狀膜輔助法分別

5、在石墨烯（GNS）與石墨烯微片（GNPs）表面高效負載了過渡金屬氧化物量子點：MnO-QDs/GNS與Fe3O4-QDs/GNPs，展現出了優異的電化學儲鋰性能。膠狀膜輔助法對高效制備過渡金屬氧化物量子點/石墨烯復合材料具有重要的指導作用。
　　本論文的研究工作具有重要意義。首先，本論文研究了金屬氧化物量子點/石墨烯的儲鋰能力，揭示了其在電化學儲能領域的研究潛力；其次，量子點結構的金屬氧化物表現出高度的反應活性，對于金屬氧化物儲鋰