纳米结构锌基复合金属氧化物可控构筑与储锂性能的研究论文.pdf

分类号学号 D201077198
学校代码 10487 密级


博士学位论文

纳米结构锌基复合金属氧化物的可控
构筑与储锂性能研究

学位申请人: 邹枫
学科专业: 材料学
指导教师: 黄云辉教授
胡先罗教授
答辩日期: 2014 年 5 月 19 日

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A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for
the Degree of Doctor of Philosophy in Engineering




Controlled Fabrication and Lithium Storage Properties
of Nanostructured Zn−posite Metal Oxides


Candidate : Feng Zou
Major : Materials Science
Supervisor : Prof. Yunhui Huang
Prof. Xianluo Hu



Huazhong University of Science & Technology
Wuhan430074,
5, 19, 2014

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华中科技大学博士学位论文
摘要
随着电子科技的飞速发展,移动设备如手机、笔记本电脑、电子阅读器等便携
设备随着功能的丰富耗电量逐渐增加,其对于锂离子电池在比容量,使用寿命和充
电速度方面的要求越来越严苛。随着传统化石燃料的日益衰竭,对于新型能源如风
能,太阳能的储存显得尤为重要,锂离子电池被视为理想候选者之一。而目前传统
的材料钴酸锂和石墨已不能满足现在的需求。因而开发高容量、高倍率、长循环寿
命,廉价环保的新型电极材料迫在眉睫。
本文以锌基金属氧化物为研究对象,采用纳米化和碳材料杂化等手段合成了一
系列具有纳米结构的复合材料,并对其电化学性能进行了研究。具体内容包括以下
几个方面:
采用醋酸锌和氧化锗为反应物,在水和叔丁胺的混合溶剂中进行水热反应合成
锗酸锌,通过调控反应物浓度和溶剂中水和叔丁胺的比例,合成了具有海胆状形貌
的锗酸锌纳米材料,构成分级结构的纳米棒直径约为 20 nm,长度约为 500 nm,这
种一维结构有利于电荷的传输,提高传输效率。且纳米棒之间的空隙可在一定程度
上缓解储锂过程中的体积膨胀,提高结构稳定性。电化学表征结果表明其具有较高
的比容量和较好的倍率性能。与此同时,还对材料的生长机理进行了研究,研究结
果对于合成类似结构的氧化物具有一定的参考价值。
采用微波辅助水热法,利用锗酸锌−乙二胺杂化物纳米带作为前驱体,将其均匀
分散在氧化石墨烯(GO)悬浮液中,通过微波加热手段在短时间内(15 分钟)合成
锗酸锌/氮掺杂石墨烯复合物。在反应过程中,微波引发的分子间高频率的振动可以
极大地加速化学反应的进行,使得锗酸锌−乙二胺杂化物中的乙二胺分子迅速脱离出
本体,与氧化石墨烯进行反应,在将其还原为石墨烯的同时进行氮原子掺杂。在最
终产物中,锗酸锌纳米棒被氮掺杂石墨烯紧紧包裹,电化学测试结果表明,相比在
同样反应条件下合成的无石墨烯包覆的锗酸锌纳米棒,其性能得到了显著的提升。
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Zn2GeO4/氮掺杂石墨烯复合材料在 100