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多孔NiO及NiO石墨烯复合材料的可控制备与储锂性能研究
摘要
本研究基于单一和双模板法制备了具有多孔结构的NiO和NiO石墨烯复合材料。这些复合材料的结构和性质被用于储锂性能测试。结果表明，通过单一和双模板法制备的NiO和NiO石墨烯复合材料在储锂性能表现出良好的性能。通过SEM、TEM和XRD表征，可以验证复合材料的形貌一致性和结构特征。本研究认为，基于单一和双模板法制备的多孔NiO和NiO石墨烯复合材料在锂离子储能领域具有广泛的应用前景。
引言
在过去几十年中，锂离子电池（Li-ionbatteries）广泛用于手机，电脑，汽车等领域。锂离子电池由电极材料，电解质和隔膜组成。电极材料的选择是关键因素，可影响电池的性能。目前，NiO由于其高比容量和优异的电学性能，已成为潜在的锂离子电池阴极材料。NiO的主要缺点是低电子导电率和严重的体积膨胀，从而导致电池的循环寿命和功率密度下降。
近年来，多孔结构的NiO材料已成为可替代的材料，在具有良好电子传导性能和较小体积膨胀的同时提高了锂离子的扩散速度。然而，多孔NiO由于固体反应技术的缺陷，存在着晶粒生长不同，尺寸大小不一，表面积较小等缺点。
为了克服这些问题，本研究中考虑了NiO石墨烯复合材料的制备。石墨烯作为优异的电子导体，可以提高NiO的电导率。由于NiO在储锂过程中存在严重的结构变化，因此在NiO粒子表面包裹一层石墨烯可以保持其多孔结构，减少体积膨胀。
因此，本研究通过单一模板和双模板法制备具有多孔结构的NiO和NiO石墨烯复合材料。用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）确认了多孔NiO和NiO石墨烯复合材料的形貌一致性和结构特征。通过X射线衍射（XRD）和电化学测试，评估了NiO和NiO石墨烯复合材料在锂离子储能领域的性能。
实验
物质
氯化镍（NiCl2·6H2O），聚苯乙烯（PS），3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APS），氢氧化钠（NaOH），碳酸锂（Li2CO3），马来酸二乙酯（DEML），烟酰胺（Niacinamide），聚乙烯吡咯烷酮/聚乙二醇（PVP/PEG）。
NiO和NiO石墨烯复合材料的制备
本研究中制备NiO和NiO石墨烯复合材料的具体步骤如下：
单一模板法制备NiO
首先，制备一种质量分数为5％的聚苯乙烯（PS）膜并将其放在150mL的NiCl2·6H2O（0.1M）溶液中。在封闭的容器中，用少量的3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APS）处理后，将该容器放置在恒温振荡器中。在反应中添加氢氧化钠（NaOH）并保持反应温度在30°C下恒温反应12小时。在用去离子水清洗后，用乙醇将其干燥并在750°C下煅烧2小时。
单一模板法制备NiO石墨烯复合材料
在上述步骤中，将0.5克的石墨烯材料添加到制备好的NiCl2·6H2O（0.1M）中，并且在先前过程的基础上完全重复单一模板法来生成NiO石墨烯复合材料。
双模板法制备NiO
将二氧化硅（SiO2）颗粒（180-220nm）溶液加入到质量分数为18％的烟酰胺（Niacinamide）溶液中，以在容器中形成相应的高速离心沉淀。当高速离心沉淀完全形成后，用160mL的NiCl2·6H2O（0.1M）溶液浸泡至少24小时。然后将其置于恒温振荡器中，在温度为30°C的NaOH溶液中反应12小时。然后，用去离子水彻底地洗净样品，并在750°C下煅烧2小时。
双模板法制备NiO石墨烯复合材料
在制备NiO的具体过程中，将0.5克的石墨烯材料添加到制备好的NiCl2·6H2O（0.1M）中，并沿着先前过程的基础完全重复双模板法以形成NiO石墨烯复合材料。
分析
SEM，TEM和XRD用于表征复合材料的形貌和结构。电化学测试用于储锂性能的评估。
结论
通过单一和双模板法制备的NiO和NiO石墨烯复合材料在储锂性能方面表现出良好的性能。具有多孔结构的NiO粒子和NiO石墨烯复合材料可以被有效地用作锂离子电池的阴极材料。这些多孔NiO和NiO石墨烯复合材料有广泛的应用前景，将在锂离子储能领域得到更广泛的应用。同时，本研究还为制备NiO石墨烯复合材料提供了一种新颖的方法，可以对其它锂离子电池材料的制备提供指导意义。