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    MoS_2@PRGO基复合物的制备及其电化学性能研究

    赵洋强  
    【摘要】:现在,过渡金属硫化物是电极材料研究比较热门的一个方向。在众多过渡金属硫化物中,二硫化钼(MoS_2)因其独特的S-Mo-S二维层状结构、较高的活性硫含量和较大的理论容量(670 m Ah/g),而备受科学家关注。与金属锂组装成半电池时,MoS_2在首圈放电结束时生成硫化锂和单质钼,这与锂-硫电池中硫正极的反应机理相同。硫的理论比容量高达1675 m Ah/g,且与金属锂构成的电池理论能量密度达2600Wh/g,是最具发展潜力的高能化学电源体系之一。然而,不管二硫化钼还是硫本身作为电池电极材料都存在电导率低和充放电过程中体积膨胀的缺陷,这样严重降低了材料的循环和倍率性能。石墨烯片具有高的载流子迁移率和大的比表面积,通过将其与二硫化钼复合成独特的三维花状结构,不仅改善石墨烯基复合材料的电化学性能,而且有望运用到下一代高功率高能量密度的电池中。本文研究了三维花状MoS_2@PRGO以及S/PRGO@MoS_2球层状空间结构复合物的制备及其电化学性能,具体工作如下:(1)利用水热法制备三维花状MoS_2@PRGO复合物。通过控制反应体系中PEO和GO的量得到三维层状空间骨架,通过水热法在其上合成三维花状MoS_2。通过X射线衍射,X射线光电子能谱分析,SEM和TEM等手段对复合产物进行结构和形貌的表征,分析观察得出MoS_2@PRGO复合物具有较好的三维花状结构和大的比表面积。电化学测试表明MoS_2@PRGO复合物因其独特的三维花状空间结构,而显示出高能量密度、良好的倍率性能和稳定性的循环性能。在100 m A/g的电流密度下循环500圈后,MoS_2@PRGO复合物的可逆容量仍保持在1036 m Ah/g。(2)利用原位自组装的方法,把氧化石墨烯、正丁基锂穿层的二硫化钼和环氧乙烷(PEO)组装成三维球层状PGO@MoS_2复合物,然后利用化学法在其上合成硫单质,L-抗坏血酸还原氧化石墨烯。聚环氧乙烷(PEO)不仅将石墨烯片与二硫化钼纳米片连接,而且也能控制纳米硫尺寸的合成和缓解硫在充放电过程中的体积膨胀,从而改善电池的循环寿命。电化学性能测试表明,S/PRGO@MoS_2复合物具有较高的比容量,同时还拥有较好的可逆性。当电流密度为0.2C时,即使是循环了80圈之后,以S/PRGO@MoS_2复合物为电极材料的电极放电比容量仍高达951 m Ah/g。


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