锂电池负极材料ZnO/石墨烯电化学性能研究(2)

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2石墨烯复合材料材料研究现状

石墨烯是碳原子以六方晶格排布的一种二维自由态原子晶体，单层石墨烯是一直最薄的材料，单层厚度为0.33nm左右。由于石墨烯的特殊结构，使得石墨烯具有例如超大比表面积、良好的导热性和导电性等良好性能，并且成为备受瞩目的研究前沿和热点。石墨烯复合材料电极是由石墨烯和其他电极材料混合制备形成的，具有更优异的电极性能。

2.1石墨烯的制备

制备石墨烯的方法主要有4中：（1）氧化石墨烯还原法[1]；（2）外延生长法[2]；（3）化学气相沉淀法[3]；（4）微机械分离法[4]。氧化石墨烯还原法是现在已成功实现的大规模生产石墨烯的方法。

氧化石墨烯还原法步骤如下：先将石墨氧化成氧化石墨，然后通过外力剥离或者研磨得到氧化石墨，最后通过化学方法还原制备出石墨烯。氧化石墨烯的合成方法主要有Brodi法、Staudemaier法和Hummers法，期中Hummers法较为安全，是目前实验室最常用的方法。

2.2石墨烯复合材料的制备

2.2.1均匀沉淀法

均匀沉淀法通过控制溶液中沉淀剂的浓度，让溶液处于某种平衡状态，从而使沉淀均匀析出的一种沉淀方法。

采用均匀沉淀法，何光宇等人成功制备ZnO/GO复合材料[5]。基本实验步骤为先将1gZnO加入到100ml的烧杯中，加入适量蒸馏水，搅拌均匀制成悬浊液，缓慢加入一定量的GO分散液，搅拌，静置分层，抽滤水洗，60℃干燥一定时间后制得ZnO/GO复合材料。通过X射线衍射、透射电子显微镜、紫外光谱、荧光光谱等证实在氧化石墨表面均匀分散着氧化锌纳米颗粒，氧化石墨与氧化锌颗粒之间存在电子转移效应。

2.2.2原位沉淀法

高峰等人使用原位沉淀法制备氧化亚锰/石墨烯复合材料[6]。在不添加锰源的情况下，用改进Hummers 法制备GO悬浊液。直接通过NaOH 碱溶液原位沉淀形成Mn3O4/GO复合物，并在氢气气氛下处理得到MnO/GNS复合材料。

2.2.3水热法

邹琼等人使用水热法成功制备Fe2O3 /石墨烯( GNS) 纳米复合材料[7]。将GO分散到80ml高纯水中，加入相应量的将得到的GO 分散到80 mL 高纯水中，加入相应量的FeCl3•6H2O，转移到100 mL 反应釜中，在200 ℃下反应12 h．经离心分离后，产物分别用蒸馏水和乙醇洗涤，真空干燥后获得Fe2O3 /GNS 纳米复合材料。电化学储锂性能测试结果表明，中空纳米复合材料具有良好的储锂性能。

王昭等人制备了氧化钛/石墨烯复合材料[8]。在100ml的烧杯中加入2ml的钛酸丁酯，80ml的无水乙醇和氧化石墨（1mg/ml），搅拌均匀后将混合液转入高压釜，在干燥箱中恒温加热。反应结束用蒸馏水水和乙醇洗涤，干燥后放入马弗炉中高温煅烧1h，获得氧化钛/石墨烯复合材料。

肖婷婷等人制备了Mn3O4 /石墨烯复合材料[9]。以KMnO4、Mn( Ac)2•4H2O为原料，分别溶解在50ml去离子水中，待石墨烯溶液达到90℃时，缓慢加入Mn( Ac)2•4H2O，搅拌5min，再缓慢滴加KMnO4溶液，在120℃油浴下回流2h。抽滤、洗涤、干燥后得Mn3O4 /石墨烯复合材料。GNS与Mn3O4复合可使Mn3O4更好的释放电流，在电流密度2 A/g 时，Mn3O4 /GNS的比电容值为297. 14 F/g。

沈辰飞等人[10]通过水热法制备了石墨烯-氧化钌(G-RuO2)纳米复合材料，TEM 结果显示氧化钌纳米粒子的平均粒径约为3 nm。

2.2.4静电自主装法

刘建华等人[11]先将FeCl3溶液滴加入沸腾的GO悬浊液，产生沉淀后通过离心分离沉淀物。再将分离的沉淀物加入到浓度更高的GO悬浊液中，搅拌混合物后转移不锈钢高压釜中，180℃加热12h，获得Ashaped水凝胶。最后将水凝胶冷冻干燥后再N2氛围下的600℃的管式炉中加热4h，得到Fe3O4/石墨烯复合材料。