《具有高效協同儲能功能的多孔石墨烯複合材料設計製備》是依託北京航空航天大學，由高秋明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：具有高效協同儲能功能的多孔石墨烯複合材料設計製備
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：高秋明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在不損耗大功率密度和高循環穩定性的條件下，增加超級電容器等儲能體系的能量密度是其高效套用一直渴望解決的重大問題。本項目從3D多孔石墨烯基體的比表面積、孔道尺寸及孔徑分布調控與裁剪，到多孔石墨烯表面電子導通官能團功能化修飾和納米尺度下的大容量客體多維度/多組分嫁接/複合，在其表面/界面建立可逆的高速氧化還原反應體系，提高其功率密度，再到增加石墨烯基材料的表面/界面有效活性位點的複合可控制備，實現高能量大功率協同輸出。項目的關鍵科學問題聚焦於高效電子/離子傳輸通道的建立。圍繞這一關鍵科學問題重點開展調控3D多孔石墨烯碳原子鍵合形態，選擇具有優異電子傳遞特性的官能團進行基體表面修飾，在納米尺度下多維度/多組分地複合具有結晶結構的客體，對複合結構納米孔分布進行合理調控。通過本項目的實施，將構築若干種具有高能量大功率協同輸出特性的3D多孔石墨烯複合儲能材料，獲得3D多孔石墨烯複合儲能材料的構效規律。
結題摘要
通過水熱法製備了新型的氮摻雜多孔石墨烯氣凝膠，利用微波法製備了具有幾微米大小的大尺寸石墨烯片。套用生物質碳源和金屬有機框架結構配合物碳源，製備了多種碳基儲能材料。這些石墨烯和類石墨烯碳基材料套用於超級電容器中作為電極材料展示出了高的電化學容量等優異的儲能性能。採用一鍋法對氧化石墨烯進行原位還原同時複合硫，獲得了系列還原氧化石墨烯與硫的多孔複合材料。採用生物質香蕉皮為碳源，利用高溫碳化和氫氧化鉀活化技術，製備了多孔碳材料。通過冷凍乾燥技術固定多孔PVA/GO溶液的結構，製備了MP-C/rGO/S複合材料。通過一鍋法合成了石墨烯/聚吡咯/硫rGO/PPy/S三元複合材料。套用超聲分散和冷凍乾燥技術獲得了氧化石墨烯和殼聚糖均勻分散的前驅體，進一步通過高溫熱解法製備了氮和氧雙摻雜的多級孔結構碳基複合材料。採用微波輔助加熱法製備了結晶性良好、尺寸分布在幾十納米的Fe7S8顆粒，與石墨烯進一步複合獲得了石墨烯/Fe7S8複合材料。上述石墨烯複合材料在鋰硫電池體系中表現出優異的電化學儲能功能。製備了多種具有高效儲能和能量轉換功能的石墨烯基鋰離子電池負極材料和氧還原/氧釋放催化材料。對於上述儲能和能量轉換新材料的組成、結構與性能關係進行了系統深入理論分析，得到的相關機理對未來新的高性能石墨烯和類石墨烯碳基儲能和能量轉換催化材料的獲取與套用具有重要的指導意義。4年參加國際國內學術會議16次，其中邀請報告14次，分組報告2次；發表SCI收錄學術論文21篇，其中影響因子在6以上的有11篇；申請中國發明專利3項，其中2項授權；培養碩士6名，其中4名畢業並獲得碩士學位；培養博士9名，其中5名畢業並獲得博士學位。各項指標均已達到，項目目標圓滿完成。
