材料科学论文_基于机械力化学作用煤基石墨纳米
文章摘要:煤炭清洁高效转化是国家实施“碳达峰与碳中和”能源发展战略的重要内容，而煤的材料化是实现其低碳高值化洁净利用的有效途径。本文以自制煤基石墨为前驱体，借助高能机械球磨产生的机械力化学作用制备煤基石墨纳米片（CGNs），考察了球磨时间对CGNs微观结构的影响，并研究其用作锂离子电池负极材料的电化学储能特性，探索利用机械力化学作用制备负极材料用CGNs的可行性。研究表明，利用机械力化学作用可以从煤基石墨中剥离出富含纳米孔隙和含氧官能团等缺陷结构的CGNs，通过控制球磨时间可实现石墨纳米片微观结构的有效调控。当球磨时间为50 h时，CGNs具有由数层石墨微晶片层相互堆叠、交联而形成的三维网络结构，其石墨微晶层间距约为0.3455 nm，且富含1.5-20.0 nm的纳米孔隙和少量的含氧官能团，比表面积可达573 m2/g。CGNs用作锂离子电池负极材料时表现出良好的电化学储能特性，其可逆容量最高达726 mAh/g，且具有良好的倍率特性和循环稳定性，在2.0 A/g大电流密度下的可逆容量仍可达252 mAh/g，经过200次循环容量保持率为88.1%。CGNs负极材料的锂离子存储由扩散插层电容和表面吸附电容共同控制，引入纳米孔隙和含氧官能团等缺陷结构有利于提高表面吸附电容对负极材料储能容量的贡献。本研究为高性能石墨纳米片负极材料的研发和煤炭的材料化高附加值利用提供了新思路。
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