氮氟共摻雜石墨烯的制備及其電化學性能研究.pdf

1、氮氟共摻雜石墨烯氮氟共摻雜石墨烯的制備的制備及其電化學性能及其電化學性能研究研究PreparationofNitrogenFluineCoDopedGrapheneItsElectrochemicalProperties學科專業：材料學研究生：黃世爭指導教師：封偉教授天津大學材料科學與工程學院二零一五年十二月摘要摘要石墨烯是由碳原子組成的具有單分子層厚度的二維層狀晶體結構，具有非常優異的電子傳輸性能、良好的機械性能以及較高的比表面積，在

2、實驗和理論研究方面都引起了極大地關注。大量的理論和實驗研究表明，采用雜原子摻雜（BNFS和P）能夠有效地修飾石墨烯的表面結構、調整石墨烯的電子結構和提高墨烯的載流子遷移率，改善石墨烯的電化學活性，為石墨烯的應用提供了更加廣闊的領域。本文通過一步水熱反應，以三乙胺三氫氟酸鹽為氮氟摻雜劑，制備了氮氟共摻雜的石墨烯。研究了水熱反應溫度對石墨烯中的氮氟摻雜量和化學鍵結構的影響。研究結果表明在150℃條件下進行水熱反應16h能夠制得高氮含量（3.

3、24at%）和氟含量（10.09at%）的氮氟共摻雜石墨烯。并對摻雜機理進行了分析，高溫水熱反有利于氮摻雜反應的進行，反應溫度的升高可提高石墨烯中的氮含量，；但是氟摻雜過程隨著反應溫度上升的經歷了一個先增加后降低的過程，這是由于氟摻雜過程涉及到氟化和脫氟兩個反應，兩個反應的共同作用，決定了氟元素的摻雜含量。將不同反應溫度下制備的氮氟共摻雜石墨烯作為鋰離子電池的負極材料。電化學測試結果表明，與氮摻雜或氟摻雜石墨烯相比，氮氟共摻雜石墨烯表現

4、出了更優異的電化學性能：其可逆容量可達1075mAhg?1（100mAg?1下），同時表現出較高的倍率性能（305mAhg?1在5Ag?1下）和良好的循環穩定性（在5Ag1下循環2000圈以后，容量保持率高達95%以上）。這是因為氮元素和氟元素摻雜進入石墨烯的骨架不僅為鋰離子嵌入提供了更多的儲存空間和反應位點，同時提高了石墨烯的導電率和表面化學活性。氮元素和氟元素之間的協同耦合作用使得氮氟共摻雜石墨烯的具有優異的電化學性能。結果顯示氮氟