静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe3O4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料

刘建华 刘宾虹 李洲鹏

引用本文: 刘建华, 刘宾虹, 李洲鹏. 静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe3O4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料[J]. 物理化学学报, 2014, 30(9): 1650-1658. doi: 10.3866/PKU.WHXB201406181 shu
Citation:  LIU Jian-Hua, LIU Bin-Hong, LI Zhou-Peng. Fe3O4/Graphene Composites with a Porous 3D Network Structure Synthesized through Self-Assembly under Electrostatic Interactions as Anode Materials of High-Performance Li-Ion Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(9): 1650-1658. doi: 10.3866/PKU.WHXB201406181 shu

静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe3O4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51271164,21276229) 

    浙江省自然科学基金(Z4110126) 

    浙江省重点科技创新团队(2010R50013)资助项目 

摘要:

采用静电自组装方法,分两步合成Fe(OH)3/ 前驱体( :氧化石墨烯),再通过水热反应和600 ℃高纯氮气气氛下煅烧,获得了Fe3O4/石墨烯复合材料. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼(Raman)光谱等多种分析,发现该复合材料具有三维多孔石墨烯网络结构. 把合成的这种Fe3O4/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明其具有优良的电化学性能:首次放电容量为1390 mAh·g-1,50次循环后容量为819 mAh·g-1. 通过对比实验表明,三维石墨烯网络结构的形成对复合材料的电化学循环稳定性起着关键作用.

English

    1. [1]

      (1) Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414, 359. doi: 10.1038/35104644

      (1) Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414, 359. doi: 10.1038/35104644

    2. [2]

      (2) Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652. doi: 10.1038/451652a(2) Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652. doi: 10.1038/451652a

    3. [3]

      (3) odenough, J. B.; Kim, Y. Chem. Mater. 2010, 22, 587. doi: 10.1021/cm901452z(3) odenough, J. B.; Kim, Y. Chem. Mater. 2010, 22, 587. doi: 10.1021/cm901452z

    4. [4]

      (4) Gao, B.; Sinha, S.; Fleming, L.; Zhou, O. Adv. Mater. 2001, 13, 816. doi: 10.1002/1521-4095(200106)13:11<816::AIDADMA816>3.0.CO;2-P(4) Gao, B.; Sinha, S.; Fleming, L.; Zhou, O. Adv. Mater. 2001, 13, 816. doi: 10.1002/1521-4095(200106)13:11<816::AIDADMA816>3.0.CO;2-P

    5. [5]

      (5) Lee, K. T.; Jung, Y. S.; Oh, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5652. doi: 10.1021/ja0345524(5) Lee, K. T.; Jung, Y. S.; Oh, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5652. doi: 10.1021/ja0345524

    6. [6]

      (6) Poizot, P.; Laruelle, S.; Grugeon, S.; Dupont, L.; Tarascon, J. M. Nature 2000, 407, 496. doi: 10.1038/35035045(6) Poizot, P.; Laruelle, S.; Grugeon, S.; Dupont, L.; Tarascon, J. M. Nature 2000, 407, 496. doi: 10.1038/35035045

    7. [7]

      (7) Park, C. M.; Kim, J. H.; Kim, H.; Sohn, H. J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3115. doi: 10.1039/b919877f(7) Park, C. M.; Kim, J. H.; Kim, H.; Sohn, H. J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3115. doi: 10.1039/b919877f

    8. [8]

      (8) Cabana, J.; Monconduit, L.; Larcher, D.; Palacin, M. R. Adv. Mater. 2010, 22, E170.(8) Cabana, J.; Monconduit, L.; Larcher, D.; Palacin, M. R. Adv. Mater. 2010, 22, E170.

    9. [9]

      (9) Ji, L.W.; Lin, Z.; Alcoutlabi, M.; Zhang, X.W. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2683.(9) Ji, L.W.; Lin, Z.; Alcoutlabi, M.; Zhang, X.W. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2683.

    10. [10]

      (10) Zhang, L. S.; Jiang, L. Y.; Yan, H. J.;Wang,W. D.;Wang,W.; Song,W. G.; Guo, Y. G.;Wan, L. J. J. Mater. Chem. 2010, 20, 5462. doi: 10.1039/c0jm00672f(10) Zhang, L. S.; Jiang, L. Y.; Yan, H. J.;Wang,W. D.;Wang,W.; Song,W. G.; Guo, Y. G.;Wan, L. J. J. Mater. Chem. 2010, 20, 5462. doi: 10.1039/c0jm00672f

    11. [11]

      (11) Chen, J.; Huang, K. L.; Liu, S. Q. Chin. J. Inorg. Chem. 2008, 24, 621. [陈洁, 黄可龙, 刘素琴. 无机化学学报, 2008, 24, 621.](11) Chen, J.; Huang, K. L.; Liu, S. Q. Chin. J. Inorg. Chem. 2008, 24, 621. [陈洁, 黄可龙, 刘素琴. 无机化学学报, 2008, 24, 621.]

    12. [12]

      (12) Cheng, F.; Huang, K. L.; Liu, S. Q.; Fang, X. S.; Zhang, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (6), 1439. [程风, 黄可龙, 刘素琴, 房雪松, 张新. 物理化学学报, 2011, 27 (6), 1439.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110607(12) Cheng, F.; Huang, K. L.; Liu, S. Q.; Fang, X. S.; Zhang, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (6), 1439. [程风, 黄可龙, 刘素琴, 房雪松, 张新. 物理化学学报, 2011, 27 (6), 1439.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110607

    13. [13]

      (13) Liang, J. F.; Zhou, J.; Guo, L. Science Foundation in China 2013, 21 (1), 59.(13) Liang, J. F.; Zhou, J.; Guo, L. Science Foundation in China 2013, 21 (1), 59.

    14. [14]

      (14) Tang, Y. P.;Wang, S. M.; Hou, G. Y.; Zheng, G. Q. Battery Bimonthly 2014, 44 (1), 50. [唐谊平, 王诗明, 侯广亚, 郑国渠. 电池, 2014, 44 (1), 50.](14) Tang, Y. P.;Wang, S. M.; Hou, G. Y.; Zheng, G. Q. Battery Bimonthly 2014, 44 (1), 50. [唐谊平, 王诗明, 侯广亚, 郑国渠. 电池, 2014, 44 (1), 50.]

    15. [15]

      (15) Sun, J.; Zhao, D. L.; Liu, H.; Jing, L.; Chi,W. D.; Shen, Z. M. J. Function Materials 2012, 43 (15), 2027. [孙杰, 赵东林,刘辉, 景磊, 迟伟东, 沈曾民. 功能材料, 2012, 43 (15), 2027.](15) Sun, J.; Zhao, D. L.; Liu, H.; Jing, L.; Chi,W. D.; Shen, Z. M. J. Function Materials 2012, 43 (15), 2027. [孙杰, 赵东林,刘辉, 景磊, 迟伟东, 沈曾民. 功能材料, 2012, 43 (15), 2027.]

    16. [16]

      (16) Ban, C. M.;Wu, Z. C.; Gillaspie, D. T.; Chen, L.; Yan, Y. F.; Blackburn, J. L.; Dillon, A. C. Adv. Mater. 2010, 22, E145.(16) Ban, C. M.;Wu, Z. C.; Gillaspie, D. T.; Chen, L.; Yan, Y. F.; Blackburn, J. L.; Dillon, A. C. Adv. Mater. 2010, 22, E145.

    17. [17]

      (17) Ma, Y.; Zhang, C.; Ji, G.; Lee, J. Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 7845. doi: 10.1039/c2jm30422h(17) Ma, Y.; Zhang, C.; Ji, G.; Lee, J. Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 7845. doi: 10.1039/c2jm30422h

    18. [18]

      (18) Su, J.; Cao, M. H.; Ren, L., Hu, C.W. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 14469.(18) Su, J.; Cao, M. H.; Ren, L., Hu, C.W. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 14469.

    19. [19]

      (19) Lee, J. K.; Smith, K. B.; Hayner, C. M.; Kung, H. H. Chem. Commun. 2010, 46, 2025. doi: 10.1039/b919738a(19) Lee, J. K.; Smith, K. B.; Hayner, C. M.; Kung, H. H. Chem. Commun. 2010, 46, 2025. doi: 10.1039/b919738a

    20. [20]

      (20) Chen, S. Q.;Wang, Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 9735. doi: 10.1039/c0jm01573c(20) Chen, S. Q.;Wang, Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 9735. doi: 10.1039/c0jm01573c

    21. [21]

      (21) Wu, Z. S.; Zhou, G.; Yin, L. C.; Ren,W.; Li, F., Chen, H. M. Nano Energy 2012, 1, 107.(21) Wu, Z. S.; Zhou, G.; Yin, L. C.; Ren,W.; Li, F., Chen, H. M. Nano Energy 2012, 1, 107.

    22. [22]

      (22) Xu, C.; Xu, B.; Gu, Y.; Xiong, Z.; Sun, J.; Zhao, X. S. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1388. doi: 10.1039/c3ee23870a(22) Xu, C.; Xu, B.; Gu, Y.; Xiong, Z.; Sun, J.; Zhao, X. S. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1388. doi: 10.1039/c3ee23870a

    23. [23]

      (23) Chen, S., Zhu, J.W.;Wu, X. D.; Han, Q. F.;Wang, X. ACS Nano 2010, 4, 2822. doi: 10.1021/nn901311t(23) Chen, S., Zhu, J.W.;Wu, X. D.; Han, Q. F.;Wang, X. ACS Nano 2010, 4, 2822. doi: 10.1021/nn901311t

    24. [24]

      (24) Zhou, G.;Wang, D.W.; Li, F.; Zhang, L.; Li, N.;Wu, Z. S.; Wen, L.; Lu, G. Q.; Chen, H. M. Chem. Mater. 2010, 22, 5306. doi: 10.1021/cm101532x(24) Zhou, G.;Wang, D.W.; Li, F.; Zhang, L.; Li, N.;Wu, Z. S.; Wen, L.; Lu, G. Q.; Chen, H. M. Chem. Mater. 2010, 22, 5306. doi: 10.1021/cm101532x

    25. [25]

      (25) Zhang, M.; Lei, D. N.; Yin, X. M.; Chen, L. B.; Li, Q. H.;Wang, Y. G.;Wang, T. H. J. Mater. Chem. 2010, 20, 5538. doi: 10.1039/c0jm00638f(25) Zhang, M.; Lei, D. N.; Yin, X. M.; Chen, L. B.; Li, Q. H.;Wang, Y. G.;Wang, T. H. J. Mater. Chem. 2010, 20, 5538. doi: 10.1039/c0jm00638f

    26. [26]

      (26) Behera, S. K. Chem. Commun. 2011, 47, 10371. doi: 10.1039/c1cc13218k(26) Behera, S. K. Chem. Commun. 2011, 47, 10371. doi: 10.1039/c1cc13218k

    27. [27]

      (27) Li, B. J.; Cao, H. Q.; Shao, J.; Qu, M. Z.;Warner, J. H. J. Mater. Chem. 2011, 21, 5069. doi: 10.1039/c0jm03717f(27) Li, B. J.; Cao, H. Q.; Shao, J.; Qu, M. Z.;Warner, J. H. J. Mater. Chem. 2011, 21, 5069. doi: 10.1039/c0jm03717f

    28. [28]

      (28) Chen, Y.; Song, B. H.; Tang, X. S.; Lu, L.; Xu, J. M. J. Mater. Chem. 2012, 22, 17656. doi: 10.1039/c2jm32057f(28) Chen, Y.; Song, B. H.; Tang, X. S.; Lu, L.; Xu, J. M. J. Mater. Chem. 2012, 22, 17656. doi: 10.1039/c2jm32057f

    29. [29]

      (29) Zhu, X.; Zhu, Y.; Murali, S.; Stroller, M. D.; Ruoff, R. S. ACS Nano 2011, 5, 3333. doi: 10.1021/nn200493r(29) Zhu, X.; Zhu, Y.; Murali, S.; Stroller, M. D.; Ruoff, R. S. ACS Nano 2011, 5, 3333. doi: 10.1021/nn200493r

    30. [30]

      (30) Zai, J. T .; Yu, C.; Zou, Q.; Tao, L. Q.;Wang, K. X.; Han, Q. Y.; Li, B.; Xiao, Y. L.; Qian, X. F.; Qi, R. R. RSC Adv. 2012, 2, 4397. doi: 10.1039/c2ra20319g(30) Zai, J. T .; Yu, C.; Zou, Q.; Tao, L. Q.;Wang, K. X.; Han, Q. Y.; Li, B.; Xiao, Y. L.; Qian, X. F.; Qi, R. R. RSC Adv. 2012, 2, 4397. doi: 10.1039/c2ra20319g

    31. [31]

      (31) Fan, Z.; Yan, J.;Wei, T.; Zhi, L.; Ning, G.; Li, T.;Wei, F. Adv. Func. Mater. 2011, 11, 2905.(31) Fan, Z.; Yan, J.;Wei, T.; Zhi, L.; Ning, G.; Li, T.;Wei, F. Adv. Func. Mater. 2011, 11, 2905.

    32. [32]

      (32) Zhou, J.; Song, H.; Ma, L.; Chen, X. RSC Adv. 2011, 1, 782. doi: 10.1039/c1ra00402f(32) Zhou, J.; Song, H.; Ma, L.; Chen, X. RSC Adv. 2011, 1, 782. doi: 10.1039/c1ra00402f

    33. [33]

      (33) Xu, Y.; Sheng, K.; Li, C.; Shi, G. ACS Nano 2010, 4, 4324. doi: 10.1021/nn101187z(33) Xu, Y.; Sheng, K.; Li, C.; Shi, G. ACS Nano 2010, 4, 4324. doi: 10.1021/nn101187z

    34. [34]

      (34) Yang, S.; Feng, X.; Ivanovici, S.; Mullen, K. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49, 8408. doi: 10.1002/anie.201003485(34) Yang, S.; Feng, X.; Ivanovici, S.; Mullen, K. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49, 8408. doi: 10.1002/anie.201003485

    35. [35]

      (35) Wei,W.; Yang, S.; Zhou, H.; Lieberwirth, I.; Feng, X.; Mullen, K. Adv. Mater. 2013, 25, 2909. doi: 10.1002/adma.v25.21(35) Wei,W.; Yang, S.; Zhou, H.; Lieberwirth, I.; Feng, X.; Mullen, K. Adv. Mater. 2013, 25, 2909. doi: 10.1002/adma.v25.21

    36. [36]

      (36) Hummers,W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. doi: 10.1021/ja01539a017(36) Hummers,W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. doi: 10.1021/ja01539a017

    37. [37]

      (37) Armelao, L.; Bertoncello, R.; Crociani, L.; Depaoli, G.; Granozzi, G.; Tondello, E.; Bettinelli, M. J. Mater. Chem. 1995, 5, 79. doi: 10.1039/jm9950500079(37) Armelao, L.; Bertoncello, R.; Crociani, L.; Depaoli, G.; Granozzi, G.; Tondello, E.; Bettinelli, M. J. Mater. Chem. 1995, 5, 79. doi: 10.1039/jm9950500079

    38. [38]

      (38) Qu, J.; Yin, Y. X.;Wang, Y. Q.; Yan, Y.; Guo, Y. G.; Song,W. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 3932.(38) Qu, J.; Yin, Y. X.;Wang, Y. Q.; Yan, Y.; Guo, Y. G.; Song,W. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 3932.

    39. [39]

      (39) Anderson, M. A.; Rubin, A. J. Adsorption of Inorganics at Solid-Liquid Interfaces; Ann Arbor Science Publishers, Inc.: Ann Arbor, USA, 1981.(39) Anderson, M. A.; Rubin, A. J. Adsorption of Inorganics at Solid-Liquid Interfaces; Ann Arbor Science Publishers, Inc.: Ann Arbor, USA, 1981.

    40. [40]

      (40) Wang, T. Q.;Wang, X. L.; Lu, Y.; Xiong, Q. Q.; Zhao, X. Y.; Cai, J. B.; Huang, S.; Gu, C. D.; Tu, J. P. RSC Adv. 2014, 4, 322. doi: 10.1039/c3ra45268a

      (40) Wang, T. Q.;Wang, X. L.; Lu, Y.; Xiong, Q. Q.; Zhao, X. Y.; Cai, J. B.; Huang, S.; Gu, C. D.; Tu, J. P. RSC Adv. 2014, 4, 322. doi: 10.1039/c3ra45268a

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  720
  • 文章访问数:  1033
  • HTML全文浏览量:  54
文章相关
  • 发布日期:  2014-08-29
  • 收稿日期:  2014-03-27
  • 网络出版日期:  2014-06-18
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章