一种四（三苯基膦）钯修饰石墨烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料由四(三苯基膦)钯通过π

【技术实现步骤摘要】
一种四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种石墨烯材料，具体是指一种四(三苯基膦)钯催化剂修饰石墨烯材料及 其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着现代社会的高速发展，以及不可再生能源的不断消耗，人们对新型能源的需 求越来越高。二次锂离子电池自1991年商用以来，被广泛应用于移动电子设备，航 天系统等，体现了良好的发展前景。经过30年的发展，传统锂离子电池的性能已经 逼近理论极限，越来越难以满足当今储能的需要。锂硫电池凭借成本低、比能量密度 高、原料分布广泛等优势，有望取代锂离子电池成为下一代储能系统。然而，目前锂 硫电池的主要问题在于多硫离子中间体的穿梭效应及缓慢的硫转化反应动力学，它们 会影响电池的循环寿命并且引发电池容量急剧下降。这些问题对锂硫电池的商业化应 用提出了严峻的挑战。
[0003]为了解决以上问题，研究人员已经开展了大量对硫阴极改性的工作，包括：使用 非极性多孔碳载体或插层膜物理地捕获硫并限制多硫离子的运动，以及开发高效的极 性吸附剂(如官能化碳材料、金属氧化物、金属有机骨架和Mxenes等)以化学方式 将硫锚定在阴极侧。采用以上物理和化学约束策略虽然可以在一定程度上抑制穿梭效 应，但很难从根本上解决缓慢的多硫离子转化动力学问题。
[0004]为了减轻穿梭效应的同时提高锂硫电池的氧化还原动力学，研究者采用了多种催 化剂(如金属、金属硫化物和金属磷化物等)对锂硫电池阴极进行改性。尽管在提高 锂硫电池性能方面取得了一些进展，但是由于固体催化剂的电导性差、活性中心利用 率低，仍不能满足吸附大量多硫离子的要求。因此，合理开发更高效的多硫离子催化 剂仍然是一个巨大的挑战。
[0005]钯基分子催化剂对各种官能团具有很高的耐受性，在众多钯基分子催化剂中，四 (三苯基膦)钯(TPP，Pd(PPh3)
x
，x＝4)作为2010年获得诺贝尔奖的分子，以其 成本低、底物广泛和超高催化效率等优点引起人们的关注。目前，现有技术还没有利用 四(三苯基膦)钯来减轻多硫离子的穿梭效应并提高其氧化还原动力学的应用方案， 因此有必要进行创新。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种四(三苯基膦)钯催 化剂修饰石墨烯材料及其制备方法和应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种四(三苯基膦)钯催化剂修饰石墨烯材料， 其技术方案是该复合材料包括有：四(三苯基膦)钯通过π
‑
π堆积作用与石墨烯形成复合材 料。
[0008]本专利技术的第二个方面是提供一种如所述的四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料的制备 方法，将石墨烯和四(三苯基膦)钯均匀分散在N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮中，得到混合浆
料， 然后通过蒸发去除N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮，得到四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料。
[0009]另外，本专利技术还公开一种如所述的四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料作为锂硫电池 插层膜的应用，将该四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料做成膜形态，并涂覆设置于锂 硫电池的隔膜层和阴极之间作为插层膜。
[0010]本专利技术的第四个方面是提供一种锂硫电池，包括有锂片阳极、隔膜和载硫阴极，其特征 在于所述的隔膜和载硫阴极之间设置有如所述且作成膜形态的四(三苯基膦)钯修饰石墨烯 复合材料的插层膜。
[0011]进一步设置是所述的载硫阴极为多壁碳纳米管载硫复合材料制成。
[0012]本专利技术的有益效果和优点是：专利技术人创造性地将四(三苯基膦)钯和石墨烯(Gh) 通过涂覆的方法置于多壁碳纳米管/硫复合材料(CNTs
‑
S)阴极和隔膜之间，得到了 具有良好的循环寿命和电化学性能的锂硫电池。进一步，我们结合原位紫外
‑
可见吸 收光谱、密度泛函理论计算和多种电化学表征技术，全面地阐明了电极界面的反应机 理，这是四(三苯基膦)钯(TPP)第一次首创性作为催化剂应用于催化锂硫电池阴 极界面反应。该工作成功地搭建了有机催化和电化学电池领域之间的桥梁。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术 描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一 些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图 获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0014]图1带Gh/TPP插层膜的Li
‑
S电池结构示意图；
[0015]图2TPP和Gh/TPP的(a)P 2p XPS谱图和(b)Pd 3d XPS谱图；
[0016]图3Gh、TPP和Gh/TPP的傅里叶变换红外光谱图，其中1634.2cm
‑1处为Gh的TPP 特征振动带，和686.5、112121、1434和3051cm
‑1处的TPP特征振动带；
[0017]图4(a)TPP/Gh和TPP在电解质中溶解的光学照片；(b)Gh/TPP/CNTs
‑
S阴极的截面 扫描电镜图像；(c)CNTs
‑
S/Gh/TPP阴极的俯视图SEM图像，对应的C、P和Pd元素的EDX 映射图像；
[0018]图5(a)Li2S6溶液、Gh/TPP和Gh浸泡在Li2S6溶液中24h后的光学照片；(b)Gh/TPP 经Li2S6溶液处理前后的P 2p和Pd 3d的高分辨率XPS光谱；(c)Gh/TPP经Li2S6处理前后 的
31
P NMR谱；
[0019]图6通过DFT计算，预测了Li2S
n
(n＝8、6、4、2、1)与Gh和Gh/TPP(PPd(PPh3)
x
， x＝3)表面之间优化的局部原子结构和电子分布图；
[0020]图7Li2S
n
(n＝8、6、4、2、1)与Gh和Gh/TPP(Pd(PPh3)
x
，x＝3)之间的吸附能(E
ads
) 数据图；
[0021]图8(a)CNTs
‑
S/Gh/TPP和(b)CNTs
‑
S/Gh电极在最初四个循环内的CV曲线，电压范 围为1.6
‑
2.8V；
[0022]图9使用CNT
S
‑
S/Gh/TPP和CNTs
‑
S/Gh电极的Li
‑
S电池在第二个循环时的CV曲线(扫 描速率：0.1mV
‑1)；
[0023]图10基于图9中CV的峰值电位的比较图；
[0024]图11基于图9中还原峰(a)P1、(b)P2和氧化峰(c)P3的Tafel斜率图；
[0025]图12(a)CNTs
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料，其特征在于：该复合材料包括有：四(三苯基膦)钯通过π
‑
π堆积作用与石墨烯形成复合材料。2.一种如权利要求1所述的四(三苯基膦)钯修饰石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：将石墨烯和四(三苯基膦)钯均匀分散在N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮中，得到混合浆料，然后通过蒸发去除N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮，得到四(三苯基膦)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨硕，杨植，蔡冬，聂华贵，谷斌斌，东洋洋，于爽，梁策，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：