氮摻雜石墨烯基復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、石墨烯具有優異的電學、化學和力學等性能，廣泛應用于傳感器、超級電容器、鋰電池等各個領域。雜原子摻雜可以有效可以調控石墨烯的能帶結構，改善其電化學性能，可提高石墨烯的電催化活性。氮原子與碳原子的原子半徑相近，并且其電負性比碳原子大，因此，石墨烯通過氮原子摻雜可有效改善其電化學性能。此外，硫原子與碳原子電負性接近，其孤對電子易發生極化，可提高石墨烯的電化學性能。更加值得注意的是，氮原子與硫原子共同摻雜可產生協同作用，可提高材料的電化學性能。

2、二氧化錫是一種過渡金屬氧化物，具有高比電容，但其導電性和循環穩定性較差，碳材料可作為導電基底，可顯著改善二氧化錫的電化學性能。
　　本論文研究內容如下：
　?。?）以氧化石墨烯為原料，尿素為還原劑和摻雜劑，通過熱處理制備了氮摻雜石墨烯(NG)。采用TEM、AFM、XRD和XPS等手段對制得的NG進行了形貌和結構的表征。由于在石墨烯結構中摻雜了氮元素，NG具有其獨特的結構和性能，因而使NG對對苯二胺的氧化具有很高的電催化活性。

3、用制備的NG飾玻碳電極構建了一個高度靈敏的檢測平臺。這個平臺具有一個低的檢測限（0.67μM(S/N)）和寬的線性區間（2-500uM），并且響應快速（3秒內）?？蓱糜诃h境分析和其他的電催化應用等領域。
　?。?）以氧化石墨烯為原料，硫脲為還原劑和摻雜劑，以溶劑熱法制備了氮硫共摻雜石墨烯(NSG)。通過TEM、AFM、XRD、XPS、UV-vis、Raman等手段對制得的NSG進行了表征。結果顯示溶劑熱法成功地將氮硫元素摻雜到石

4、墨烯結構中，NSG為片狀納米結構，導電率高。以循環伏安和恒流充放電測試研究NSG的電化學性能，在6mol/L的KOH溶液中，電流密度為1A/g時，NSG的比電容為176.5F/g。此外，經過1000次的充放電循環后，其比電容的保持率依然可達95.35%。NSG具有比電容高、電容保持率高、循環穩定性好等特點，非常適合作為理想的超級電容器電極材料。
　?。?）以氧化石墨烯、尿素和氯化錫為原料合成二氧化錫/氮摻雜石墨烯復合材料（SnO2

5、@NG）。通過TEM、AFM、XRD、XPS、Raman、TGA等手段，對SnO2@NG的表面形貌、結構和組成等性質進行了表征。表征顯示氮摻雜石墨烯為片狀結構，且二氧化錫顆粒均勻地分散在氮摻雜石墨烯片表面，二氧化錫顆粒為納米級別，且結晶度高，在復合材料中，SnO2的含量約為54.23%。以循環伏安和恒流充放電測試研究SnO2@NG的電化學性能，在0.5mol/L的Na2SO4溶液中，電流密度為0.5A/g時，其比電容為289.5F/g。