石墨烯的直接CVD技术制备及其在锂硫电池中的应用
发布时间：2022-10-08 12:24
化学气相沉积（CVD）技术是可控制备石墨烯的主要方法之一,然而目前传统金属催化剂上生长的石墨烯在后续应用中涉及到复杂的转移与金属残留问题,因此开展在非金属衬底上石墨烯的直接制备尤为重要。在对直接CVD生长工艺进行探索的同时,对制备样品实际应用场景的挖掘也同样重要,本文主要关注的是所制备的石墨烯在锂硫电池中的应用。本文以直接CVD技术为主要方法对锂硫电池宿主材料和功能隔层进行精准的结构设计,从而有效管理多硫化锂,促进电化学反应动力学过程,提高电池的电化学性能。论文的主要研究内容概括如下:1.采用盐模板辅助的离子体增强CVD技术（PECVD）,在盐模板上以相对较低的温度（600-700℃）可控、保形生长氮掺杂石墨烯,生长结束后水洗即可得到氮掺杂石墨烯纳米片。所制备的氮掺杂石墨烯具有良好的导电性和溶液可加工性,基于其制备的石墨烯基打印墨水,能够印刷成高性能的锂硫电池功能隔层。本工作为批量化制备低成本、高环保的石墨烯基打印墨水提供了一条切实可行的路径。2.采用PECVD技术在TiO2纳米管上原位生长具有缺陷结构的石墨烯,直接形成G-TiO2异质结。基于G-TiO2异质结制备的宿主材料具有双功能...
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 石墨烯概述
1.2.1 石墨烯的结构和性质
1.2.2 石墨烯的制备方法
1.3 直接化学气相沉积技术生长石墨烯概述
1.3.1 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的概念和意义
1.3.2 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的主要方法
1.3.3 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的研究现状
1.3.4 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的问题与挑战
1.4 锂硫电池概述
1.4.1 锂硫电池的工作原理
1.4.2 锂硫电池中目前存在的问题及解决方案
1.5 选题背景与研究内容
1.5.1 选题背景
1.5.2 研究内容
第二章 盐模板辅助制备氮掺石墨烯用于锂硫电池
2.1 引言
2.2 盐模板直接化学气相沉积技术制备氮掺杂石墨烯
2.2.1 盐模板的预处理
2.2.2 生长体系的选择及生长装置的搭建
2.2.3 盐模板氮掺杂石墨烯的生长调控及优势分析
2.2.4 盐模板氮掺杂石墨烯的形貌、结构表征
2.3 氮掺杂石墨烯复合墨水的性能及打印展示
2.3.1 墨水的配置及其性能测试
2.3.2 3D打印的图形设计及展示
2.4 氮掺杂石墨烯复合墨水直接打印锂硫电池功能隔层
2.4.1 功能隔层的设计原理及制备过程
2.4.2 功能隔层的吸附性能表征
2.4.3 DFT计算
2.5 电化学性能测试
2.5.1 电极制备与电池组装
2.5.2 电化学性能的分析
2.6 本章小结
第三章 CVD技术原位构建G-TiO_2异质结用于锂硫电池
3.1 引言
3.2 G-TiO_2异质协同催化结界面的直接CVD制备
3.2.1 G-TiO_2异质协同催化界面的设计原理
3.2.2 G-TiO_2异质界面内离子和电子转化的DFT计算
3.2.3 G-TiO_2异质界面的CVD原位构建
3.2.4 G-TiO_2异质结的形貌和结构表征
3.3 G-TiO_2异质协同催化界面对多硫化锂的吸附性能表征
3.3.1 可视化Li_2S_4吸附实验
3.3.2 DFT计算表征
3.3.3 原位拉曼表征
3.4 G-TiO_2异质协同催化界面的氧化还原动力学表征
3.4.1 铿离子扩散性能表征
3.4.2 多硫化锂的扩散性能表征
3.4.3 多硫化锂的转化性能表征
3.5 电化学性能表征
3.5.1 电极制备与电池组装
3.5.2 电化学性能表征
3.6 本章小结
第四章 All-CVD技术生长ReS_2@NG异质结用于锂硫电池
4.1 引言
4.2 All-CVD技术可控生长ReS_2@NG异质结
4.2.1 APCVD技术可控生长垂直取向ReS_2纳米片
4.2.2 PECVD技术可控生长ReS_2@NG异质结
4.3 ReS_2@NG异质结用于轻质锂硫电池功能隔层
4.3.1 ReS_2@NG轻质功能隔层的设计原理
4.3.2 ReS_2@NG轻质功能隔层的制备方法
4.3.3 多硫化锂的吸附和扩散性能表征
4.4 电化学性能表征
4.4.1 电极制备与电池组装
4.4.2 电化学性能表征
4.6 本章小结
第五章 泡沫铜辅助技术直接可控制备柔性石墨烯玻璃
5.1 引言
5.2 泡沫铜辅助的PECVD技术可控制备柔性石墨烯玻璃
5.2.1 柔性石墨烯玻璃的生长调控
5.2.2 柔性石墨烯玻璃的性能表征
5.3 泡沫铜辅助的PECVD技术可控制备氮掺杂石墨烯玻璃
5.3.1 氮掺杂石墨烯玻璃的生长调控
5.3.2 氮掺杂石墨烯玻璃的性能表征
5.4 石墨烯玻璃的储能应用探索
5.4.1 石墨烯玻璃用于钙钛矿太阳能电池
5.4.2 石墨烯玻璃用于电催化析氧
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 本文结论
6.2 前景展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质羟基磷灰石作为模板制备三维石墨烯（英文）[J]. 王可心,史刘嵘,王铭展,杨皓,刘忠范,彭海琳. 物理化学学报. 2019(10)
[2]Direct growth of special-shape graphene on different templates by remote catalyzation of Cu nanoparticles[J]. Shuangshuang Han,Fan Yang,Liyue Liu,Mi Zhou,Yongkui Shan,Dezeng Li. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2017(08)
本文编号：3687708
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 石墨烯概述
1.2.1 石墨烯的结构和性质
1.2.2 石墨烯的制备方法
1.3 直接化学气相沉积技术生长石墨烯概述
1.3.1 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的概念和意义
1.3.2 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的主要方法
1.3.3 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的研究现状
1.3.4 直接化学气相沉积技术生长石墨烯的问题与挑战
1.4 锂硫电池概述
1.4.1 锂硫电池的工作原理
1.4.2 锂硫电池中目前存在的问题及解决方案
1.5 选题背景与研究内容
1.5.1 选题背景
1.5.2 研究内容
第二章 盐模板辅助制备氮掺石墨烯用于锂硫电池
2.1 引言
2.2 盐模板直接化学气相沉积技术制备氮掺杂石墨烯
2.2.1 盐模板的预处理
2.2.2 生长体系的选择及生长装置的搭建
2.2.3 盐模板氮掺杂石墨烯的生长调控及优势分析
2.2.4 盐模板氮掺杂石墨烯的形貌、结构表征
2.3 氮掺杂石墨烯复合墨水的性能及打印展示
2.3.1 墨水的配置及其性能测试
2.3.2 3D打印的图形设计及展示
2.4 氮掺杂石墨烯复合墨水直接打印锂硫电池功能隔层
2.4.1 功能隔层的设计原理及制备过程
2.4.2 功能隔层的吸附性能表征
2.4.3 DFT计算
2.5 电化学性能测试
2.5.1 电极制备与电池组装
2.5.2 电化学性能的分析
2.6 本章小结
第三章 CVD技术原位构建G-TiO_2异质结用于锂硫电池
3.1 引言
3.2 G-TiO_2异质协同催化结界面的直接CVD制备
3.2.1 G-TiO_2异质协同催化界面的设计原理
3.2.2 G-TiO_2异质界面内离子和电子转化的DFT计算
3.2.3 G-TiO_2异质界面的CVD原位构建
3.2.4 G-TiO_2异质结的形貌和结构表征
3.3 G-TiO_2异质协同催化界面对多硫化锂的吸附性能表征
3.3.1 可视化Li_2S_4吸附实验
3.3.2 DFT计算表征
3.3.3 原位拉曼表征
3.4 G-TiO_2异质协同催化界面的氧化还原动力学表征
3.4.1 铿离子扩散性能表征
3.4.2 多硫化锂的扩散性能表征
3.4.3 多硫化锂的转化性能表征
3.5 电化学性能表征
3.5.1 电极制备与电池组装
3.5.2 电化学性能表征
3.6 本章小结
第四章 All-CVD技术生长ReS_2@NG异质结用于锂硫电池
4.1 引言
4.2 All-CVD技术可控生长ReS_2@NG异质结
4.2.1 APCVD技术可控生长垂直取向ReS_2纳米片
4.2.2 PECVD技术可控生长ReS_2@NG异质结
4.3 ReS_2@NG异质结用于轻质锂硫电池功能隔层
4.3.1 ReS_2@NG轻质功能隔层的设计原理
4.3.2 ReS_2@NG轻质功能隔层的制备方法
4.3.3 多硫化锂的吸附和扩散性能表征
4.4 电化学性能表征
4.4.1 电极制备与电池组装
4.4.2 电化学性能表征
4.6 本章小结
第五章 泡沫铜辅助技术直接可控制备柔性石墨烯玻璃
5.1 引言
5.2 泡沫铜辅助的PECVD技术可控制备柔性石墨烯玻璃
5.2.1 柔性石墨烯玻璃的生长调控
5.2.2 柔性石墨烯玻璃的性能表征
5.3 泡沫铜辅助的PECVD技术可控制备氮掺杂石墨烯玻璃
5.3.1 氮掺杂石墨烯玻璃的生长调控
5.3.2 氮掺杂石墨烯玻璃的性能表征
5.4 石墨烯玻璃的储能应用探索
5.4.1 石墨烯玻璃用于钙钛矿太阳能电池
5.4.2 石墨烯玻璃用于电催化析氧
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 本文结论
6.2 前景展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质羟基磷灰石作为模板制备三维石墨烯（英文）[J]. 王可心,史刘嵘,王铭展,杨皓,刘忠范,彭海琳. 物理化学学报. 2019(10)
[2]Direct growth of special-shape graphene on different templates by remote catalyzation of Cu nanoparticles[J]. Shuangshuang Han,Fan Yang,Liyue Liu,Mi Zhou,Yongkui Shan,Dezeng Li. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2017(08)
本文编号：3687708
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