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物理化学学报  2016, Vol. 32 Issue (11): 2737-2744    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201609072
论文     
水热法制备Fe3O4/rGO纳米复合物作为锂离子电池阳极材料
朱守圃1,2,吴甜1,2,苏海明1,2,瞿姗姗1,2,解永娟1,2,陈铭1,2,*(),刁国旺1,2,*()
1 扬州大学化学化工学院,江苏扬州225002
2 江苏省环境材料与环境工程重点实验室,江苏扬州225002
Hydrothermal Synthesis of Fe3O4/rGO Nanocomposites as Anode Materials for Lithium Ion Batteries
Shou-Pu ZHU1,2,Tian WU1,2,Hai-Ming SU1,2,Shan-Shan QU1,2,Yong-Juan XIE1,2,Ming CHEN1,2,*(),Guo-Wang DIAO1,2,*()
1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225002, Jiangsu Province, P. R. China
2 Key Laboratory of Environmental Materials & Environmental Engineering of Jiangsu Province, Yangzhou 225002, Jiangsu Province, P. R. China
 全文: PDF(7432 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

以氢氧化铁为四氧化三铁的前驱体,氧化石墨烯(GO)为还原石墨烯(rGO)的前驱体,以水合肼和二水合柠檬酸三钠为混合还原剂,采用水热法制备了还原石墨烯负载四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4/rGO)的复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)对产物的形貌、结构和组成进行了表征。以锂片为对电极进行了扣式电池的组装,通过恒电流充放电和循环伏安法对其电化学性能进行了测试。材料具有均一的形貌,rGO具有较高的还原程度且可以在充放电过程中缓冲Fe3O4纳米颗粒的体积变化,使得Fe3O4/rGO纳米复合物具有较好的电化学性能。

关键词: 锂离子电池纳米复合物四氧化三铁石墨烯阳极材料    
Abstract:

Fe3O4/rGO nanocomposites were prepared by hydrothermal method using Fe(OH)3 as precursor of magnetite nanoparticles, graphene oxide (GO) as precursor of reduced graphene oxide (rGO), hydrazine and trisodium citrate as mixed reducing agent. The morphologies, structures and compositions of the products were characterized by transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). The electrochemical characteristics of assembled coin-type cells versus metallic lithium were evaluated by cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge. The uniform morphology, high reductive level of rGO and the role of rGO buffering the volume changes of Fe3O4 nanoparticles in the charging-discharging process can be responsible for the good electrochemical performance of Fe3O4/rGO nanocomposites.

Key words: Lithium ion battery    Nanocomposite    Magnetite    Graphene    Anode material
收稿日期: 2016-06-27 出版日期: 2016-09-07
中图分类号:  O646  
通讯作者: 陈铭,刁国旺     E-mail: chenming@yzu.edu.cn;gwdiao@yzu.edu.cn
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朱守圃
吴甜
苏海明
瞿姗姗
解永娟
陈铭
刁国旺

引用本文:

朱守圃,吴甜,苏海明,瞿姗姗,解永娟,陈铭,刁国旺. 水热法制备Fe3O4/rGO纳米复合物作为锂离子电池阳极材料[J]. 物理化学学报, 2016, 32(11): 2737-2744.

Shou-Pu ZHU,Tian WU,Hai-Ming SU,Shan-Shan QU,Yong-Juan XIE,Ming CHEN,Guo-Wang DIAO. Hydrothermal Synthesis of Fe3O4/rGO Nanocomposites as Anode Materials for Lithium Ion Batteries. Acta Physico-Chimica Sinca, 2016, 32(11): 2737-2744.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201609072        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2016/V32/I11/2737

图1  Fe3O4/rGO纳米复合物的制备过程
图2  Fe3O4/rGO纳米复合物、Fe3O4纳米颗粒的XRD图和Fe3O4的标准XRD谱图(a)及Fe3O4/rGO纳米复合物的热重曲线(b)
图3  Fe3O4/rGO纳米复合物的TEM图(a)及其局部放大图(b),Fe3O4纳米颗粒的TEM图(c),Fe3O4/rGO纳米复合物的SEM图(d)及其局部放大图(e)
图4  Fe3O4/rGO纳米复合物的TEM图及电子衍射图(a),有代表性的HRTEM图(b)及其局部放大图(c)
图5  rGO和GO的C 1s (a, c)和O 1s (b, d)的XPS谱及分峰
图6  Fe3O4/rGO纳米复合物、Fe3O4纳米颗粒及rGO纳米片电极在0.5 A?g-1的电流密度下的循环曲线(a),Fe3O4/rGO纳米复合物电极具体的充放电曲线(b),rGO纳米片具体的充放电曲线(c),Fe3O4/rGO纳米复合物在不同电流密度下(0.05-2.0 A?g-1)的容量循环曲线(d)及具体的充放电曲线(e)
图7  Fe3O4/rGO纳米复合物(a)和Fe3O4纳米颗粒(b)在0.5 A?g-1的电流密度下经过50次循环后的TEM图
图8  Fe3O4/rGO纳米复合物电极在电压范围为0.01-3.00 V,扫速为0.5 mV?s-1的CV测试曲线
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