一步法水热制备氮掺杂石墨烯及其储锂性能的研究

【作者】 邢政； 鞠治成； 赵宇龙； 强颖怀；

【机构】 中国矿业大学材料科学与工程学院；

【摘要】 近年来,石墨烯由于其优良的性能和广泛的应用领域[1],得到了极大地研究关注。而掺杂石墨烯[2]由于可以影响纯石墨烯层的结构和性能,如导电性能、费米能级、磁学性能和带隙宽度等,被广泛的适用于制备改性石墨烯。本工作[3]成功的利用简单的水热手段,利用六亚甲基四胺同时作为氮源和碳源,一步法制备得到了氮掺杂石墨烯。在水热制备过程中,六亚甲基四胺在高温下热解,之后镁粉与水反应生成的氧化镁颗粒表面自组装得到氮掺杂石墨烯纳米片(如图1所示)。制备得到的氮集团修饰的石墨烯有着特殊的结构:超薄厚度(4-10 nm),大比表面积(466 m~2/g),多孔(平均孔径4 nm)和缺陷。这些特殊的结构和它们的协同作用不仅可以减少离子、电子扩散距离,促进离子、电子的传输,同时也可以提高电解液与电极材料的接触面积。半电池测试发现,氮掺杂石墨烯表现出优异的储锂性能,100 m A/g的电流条件下,循环50圈仍可以保持600m Ah/g的比容量,在电流增加到200 m A/g以后,继续循环到150圈,比容量仍能保持在500m Ah/g;此外,氮掺杂石墨烯的倍率性能也十分优秀,证明这种材料在锂离子电池领域有着巨大的应用前景。研究本实验提供了一种新颖的一步水热法制备氮掺杂石墨烯的手段,也为今后设计合成新型掺杂石墨烯提供了新的思路。更多还原