石墨烯展示

石墨烯在锂电池的应用中的优势
• 石墨烯这种单层碳原子厚度的二维碳材料具有大理论比表面积 (2600 m2/g)和蜂窝状空穴结构， 因而有较高的储锂能力。此外， 其本身的高电子迁移率 (15 000 cm2/(V·s))，突 出 的 导 热 性 能 (3 000 W /(m·K))， 良好的化学稳定性以及优异的力学性能 (拉伸模量 1. 01 TPa)，使其作为复合电极材料的基体更具有突出 优势。
图2 (a)(b)石墨烯包覆 LiFePO4复合材料 SEM 图; (c)LFP/G 复合材料中 LFP 纳米颗粒局部 TEM 图; (d)LFP/(G + C)复合材料 LFP 纳米颗粒局部 TEM 图
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物理混合法制备 SnO2/石墨烯复合材料示意图
石墨烯在正极材料中的应用
以LiFePO4为例， LiFePO4具有高比容量 170mAh/g， 低 成 本， 低 毒 性 的 优 点。 但 其 电 导 率 低， 锂离子扩散差，致高倍率充放电时容量衰减很快。将石墨烯与 LiFePO4复合， 利用石墨烯柔韧的网状导电结构改善电极材料的导电性能， 可以提高 材料的倍率性能。 将 LiFePO4(LFP)纳米颗粒、 氧化石墨 在 溶 液 中 超 声 混 合， 喷 雾 干 燥 后 烧 结 获得 LiFePO4/石墨烯复合材料(LFP/ G)。复合材料的电镜图片 ( 图 2) 表 明 石墨烯 ( G) 很 好 地 包 覆 在LiFePO4表面， 厚度在 2 nm 左右， 约 3—5 层石墨烯堆叠， 并形成连 续的片层结构， 且 LiFePO4纳米颗粒大小均一， 在 2—5 nm。由于合成材料的微观形 貌结构更加规整， 且相比于其他碳材料改性 LiFePO4，石墨烯的片层结构能形成连续 的三维导电网络， 大大提升了材料的导电性能。这种材料经过进一步碳包覆后 获 得 的 碳 包 覆 LiFePO4/石 墨 烯 复 合 材 料(LFP/(G + C)) 在 60 C 高倍率条件下嵌锂比容量 仍保持在 70 mAh/g 左右。同时， 复合材料在 10 C充电 20 C 放电条件下， 循环1 000次后， 嵌锂比容量仍保持在 110 mAh/g
P25－ 石墨烯( P25－G) 复合材料的结构 以及与P25、P25-CNTs的催化性能的对比
图1
• 石墨烯可引入半导体提高其光催化活性的主要原因为: • (1) 作为“大分子“光敏化剂拓展半导体的吸收带边，增强了对 可见光的利用率; • (2) 其二维平面几何结构和较．低的费米能级可以作为电子的受 体和电子传输的导电网络，促进半导体光生电子的迁移和光生载 流子的分离; • (3) 作为载体，其超大的比表面积可以提高半导体纳米粒子的分 散性，增加了单位面积上的催化活性位点; • (4) 其芳环结构和离域的π电子结构，可以作为吸附剂富集有机污 染物分子，提高光催化反应过程中的传质过程的效率
石墨烯改性锡基氧化物的制备（负极）
通过SnO2水溶胶与石墨烯物理混 合制备出 SnO2/石墨烯复合材料， 在充放电过程中石墨烯有效缓冲 了复合材料的体积效应，复合材 料 Sn/C 摩 尔 比 为 3 ∶ 2 ( SnO2 质 量 分 数 约 为86% )， 脱锂比容量在循环 30 次后为 570 mAh/g。 电极材料的循环性能因石墨烯的 掺杂而大大改善
石墨烯的制备方法
• 制备石墨烯常见的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生 长法和化学气相沉积法（CVD）
石墨烯/半导体的复合材料做光催化剂
• 以氧化石墨烯分散液和 P25为原料，利用一步水热法合成了 P25 － 石墨烯( P25－G) 复合材料，见（图1 (a)） 在水热处理过程 中，氧化石墨烯还原为石墨烯的同时实现了其与P25 之间的化学 键合在紫外光和可见光条件下，研究了P25 － G 复合材料对亚甲 基蓝光催化降解的催化性能，并与 P25 － CNTs 进行了比较 见 （图1(b)）结果表明，石墨烯的加入不仅能增强 P25 － G 复合 材料对亚甲基蓝的吸附性能，而且将复合材料的光谱响应范围拓 展至可见光区。同时，石墨烯可以作为有效的电子受体抑制复合 体系光生电子－空穴的复合，从而增强了复合材料的光催化性能， 表现出优于P25 － CNTs 的光催化性能 见 （图1(c)）
新型纳米材料石墨烯
石墨烯是什么？
• 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成 的只有一层原子厚度的二维晶体，是目前自然界最薄、强度最高 的材料。
石墨烯独特的电子能带结够
石墨烯的能带的独特性
• 以独立碳原子为基，将周围碳原子产生的势作为微扰，可以用矩 阵的方法计算出石墨烯的能级分布。在狄拉克点（Dirac Point） 附近展开，可得能量与波矢呈线性关系（类似于光子的色散关 系），且在狄拉克点出现奇点（singularity）。这意味着在费米 面附近，石墨烯中电子的有效质量为零。