[00981304]石墨烯复合材料的结构设计及储能功效

在国家自然科学基金等项目的支持下，针对石墨烯在新能源器件中的电子/离子输运机制等科学问题，经十余年潜心研究，从材料的结构设计出发，采用简单有效的制备方法，研发出一系列新型石墨烯复合材料，阐明了石墨烯复合材料的结构设计、制备方法以及储能功效之间的关系。主要科学发现先后发表在ACS Nano、Nano Energy等期刊，SCI他引467次，ESI 1％高被引论文1篇，重庆市科协自然科学优秀学术论文奖1篇，主要的科学贡献如下： 1、率先提出了“铆钉石墨烯”的概念。采用CVD法在碳纳米管原位化学气相沉积增韧单层石墨烯的基底上原位生长以纳米Fe为核的碳纳米洋葱，解决了纳米铁磁金属在单层石墨烯上牢固负载之难题，赋予单层石墨烯自旋电子极化和铁磁物相之新功能，在国际上首次将该类石墨烯材料命名为“铆钉石墨烯”。铆钉石墨烯的构造增强了单层石墨烯的机械强度和电子输运性能，避免了聚合物的辅助转移工艺，为石墨烯薄膜应用于自旋电子器件提供了前提条件。美国莱斯大学James M Tour教授评价道：碳纳米管赋予石墨烯薄膜足够高的强度，碳纳米洋葱的负载更加便利了电子的迁移，若用于电子器件，铆钉石墨烯是一种性能全面的超级材料。亦得到了Chem. Soc. Rev.的积极评价，获得了重庆市科协自然科学优秀学术论文奖。 2、率先提出了锂离子电池正极材料/碳纳米管复合物之三维导电网络式结构。在国内率先攻克了石墨烯纳米带宏量生产之技术瓶颈。采用简单掺加法研发出一系列三维导电网络式的电极复合材料，采用Zeta电位法首次发现了石墨烯纳米带与电极材料之间的静电吸附作用，克服了电极材料在充放电过程中由于体积变化而导致的粉化和储锂性能恶化之难题。三维导电网络式结构的提出为锂离子电池行业碳纳米导电剂的发展提供了理论基础和试验依据。 3、发展了一种简单、普适的混合水/溶剂热法，制备出一系列三维多孔石墨烯基复合水凝胶。以NiOOH纳米片/石墨烯复合水凝胶所组装的非对称电容器展现出极高的能量密度和循环稳定性，处于国际先进水平。阐明了溶剂的组成对纳米晶的物相、形貌以及凝胶强度、电导率的影响规律，揭示了水凝胶的电荷存储机理，发表ESI 1％高被引论文1篇。 4、率先提出了纳米金属氧化物/石墨烯复合物之自卷绕式结构，增强了电极材料的能量密度和倍率充放电性能，阐明了自卷绕机理，得到了Adv. Energy Mater.等期刊的积极评价。