《石墨烯/MoO2納米球鏈複合材料的合成與電化學性能研究》是依託武漢理工大學，由祁琰媛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯/MoO2納米球鏈複合材料的合成與電化學性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：祁琰媛
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著環保呼聲的日益高漲和能源危機的日趨嚴重，世界各國正在積極推動鋰離子二次動力電池的發展，而尋求高倍率、高容量和低成本電極材料成為研究的關鍵。本項目選擇高電導率MoO2作為研究對象，在集流體上首先旋塗石墨烯薄膜，並以此為基板採用水熱法合成MoO2納米粒子串聯成的納米球鏈鑲嵌在石墨烯片上形成納米複合材料，研究其形貌、物相、缺陷及碳-MoO2界面結構和電子狀態，結合MoO2的晶體結構和化學反應的熱力學及動力學原理探討其生長過程和機理，獲得石墨烯/MoO2納米複合材料的可控生長技術。將該納米複合材料直接作為電極裝配成鋰電池進行高倍率高容量電化學儲鋰可逆性測試，研究納米球鏈的尺寸及碳/MoO2質量比等對其大電流儲鋰性能的影響，實現電化學性能的調控,揭示納米複合材料的納米效應和特殊形貌結構導致的獨特的電化學性能的本質，建立其微觀結構與電化學儲鋰可逆性之間的關係模型，為其在鋰電池的套用提供基礎。
結題摘要
隨著能源危機的日趨嚴重，世界各國正在積極推動鋰離子二次動力電池的發展，而尋求高容量和低成本電極材料成為研究的關鍵。本項目選擇高電導率MoO2作為研究對象，探索不同實驗條件下不同形貌的MoO2納米粒子的生長過程，分別合成了石墨烯/MoO2納米棒（顆粒）複合材料、(MoO2/GO)n薄膜複合材料，最終探索出碳修飾MoO2球鏈的製備工藝，同時本項目研究了這幾種C/MoO2納米複合材料微觀形貌與結構以及其電化學性能。主要研究成果如下：1. 通過改變水熱時間獲得了MoO2納米棒的自組裝生長過程，並用石墨烯修飾產物極大的提高了MoO2納米棒的電化學儲鋰能力，其首次充放電容量由49和112 mA h g -1分別提高至1242和1289 mA h g -1。2. 由於納米顆粒在生長的過程中，有可能形成納米球鏈，因此本項目採用兩種方法（一次水熱和二次水熱法）製備石墨烯/MoO2納米顆粒複合材料。一次水熱法合成的複合材料中，石墨烯作為基底構建了一種良好的導電網路，為鋰離子和電子傳輸提供了快速的通道，並且維護了材料的結構穩定性。在100 mA g-1時，首次循環放電比容量是817.6 mA h g-1。二次水熱法合成的複合材料將MoO2納米顆粒的首次充放電容量分別從321和503 mAh g-1提高至584和1618 mA h g-1，20次循環後，充放電容量保持在1253和1249 mA h g -1。同時，第5次循環後容量保持率接近100%。3. 以MoCl5和葡萄糖（模板劑和碳源）為原料，採用水熱法直接製備出碳修飾的MoO2球鏈。在水熱過程中，葡萄糖結構異變並脫水縮合形成高聚物後形成碳核，碳核生長形成表面有豐富活性基團的碳球鏈，這些基團通過氫鍵的作用吸附MoCl5的水解產物，最終合成出碳和MoO2的複合物。熱處理能減小球鏈中微球的尺寸，提高MoO2的結晶性，從而將首次放電容量有251 mAh g-1有效提高這種複合物的電化學性能。4. 採用電化學沉積法和Dip-coating法在金屬鈦基板上製備“三明治”結構的MoO2/GO薄膜材料，熱處理後得到均勻分布在鈦基板表面上的MoO2納米晶粒，無需任何粘結劑直接作為鋰離子電池負極時表現出優異的電化學性能，當沉積時間為1 min，沉積次數為2次時表現出最優性能，其首次放電比容量高達1250
