石墨烯基能源器件

目 录
译者序
原书前言
第1章 石墨烯的基础原理 1
1.1 引言 1
1.2 石墨烯的制备 3
1.2.1 机械剥离法 3
1.2.2 外延生长 3
1.2.3 CVD生长石墨烯 4
1.2.4 溶液法制备石墨烯 5
1.2.5 基于氧化石墨烯的复合材料 7
1.3 石墨烯的表征 12
1.3.1 AFM 12
1.3.2 SEM 14
1.3.3 TEM/SEAD/EELS 14
1.3.4 XPS 17
1.3.5 XRD 17
1.3.6 拉曼光谱 19
1.3.7 PL测试 20
1.4 石墨烯的光学性质改性 21
1.4.1 石墨烯（太赫兹，紫外-可见光- 近红外光谱）的吸收性能改性 21
1.4.2 石墨烯PL性质的改性 25
1.5 石墨烯的光电应用 33
参考文献 38 第2章 基于石墨烯的锂离子 电池电极 42
2.1 引言 42
2.2 LIB的工作原理 42
2.3 基于石墨烯的LIB正极材料 44
2.4 基于石墨烯的LIB负极材料 46
2.4.1 基于石墨烯的LIB负极 46
2.4.2 石墨烯基复合材料LIB 负极 48
2.5 二维柔性和不含黏合剂的 石墨烯基电极 57
2.5.1 基于石墨烯基的柔性LIB 负极材料 58
2.5.2 基于石墨烯的柔性LIB 正极材料 63
2.6 三维宏观石墨烯基电极 64
2.7 总结和展望 66
参考文献 68 第3章 基于石墨烯的储能装置 74
3.1 引言 74
3.2 石墨烯用于锂离子电池 74
3.2.1 负极材料 74
3.2.2 正极材料 88
3.3 石墨烯用于超级电容器 96
3.4 石墨烯用于锂硫电池 99
3.5 石墨烯用于燃料电池 101
3.6 石墨烯用于太阳电池 102
3.7 总结 104
参考文献 104 第4章 基于石墨烯纳米复合材料的 超级电容器 108
4.1 引言 108
4.2 基于石墨烯的超级电容器 109
4.2.1 EDLC 109
4.2.2 石墨烯/金属氧化物 纳米复合材料 112
4.2.3 石墨烯/导电聚合物 复合材料 114
4.2.4 原子层沉积技术制备石墨烯/金属 氧化物纳米复合材料 119
4.3 问题和展望 119
参考文献 121 第5章 基于新型石墨烯复合材料的 高性能超级电容器 127
5.1 引言 127
5.2 石墨烯的制备方法 129
5.2.1 “自上而下”的制备方法 130
5.2.2 “自下而上”的制备方法 131
5.3 基于石墨烯的超级电容器电极 132
5.3.1 石墨烯 132
5.3.2 石墨烯基复合材料 133
5.4 结论和展望 144
参考文献 144 第6章 石墨烯应用于超级 电容器 149
6.1 引言 149
6.1.1 电化学电容器 150
6.1.2 石墨烯作为超级 电容器材料 152
6.2 用于石墨烯基电容器的 电极材料 153
6.2.1 基于双层电容的石墨烯 电极材料 153
6.2.2 石墨烯/赝电容复合 电极材料 159
6.3 基于石墨烯的不对称超级 电容器 167
6.3.1 基于石墨烯和赝电容材料的 非对称电容器 168
6.3.2 石墨烯基锂离子电容器 172
6.4 石墨烯基微型超级电容器 174
6.5 总结和展望 177
致谢 178
参考文献 178 第7章 基于石墨烯的太阳能驱动 水分解装置 187
7.1 引言 187
7.2 太阳能驱动水分解装置的 基本结构 188
7.3 石墨烯在太阳能驱动水分 解装置中的前景 188
7.4 基于石墨烯的集成光电 化学电池 190
7.5 基于石墨烯的混合胶体 光催化体系 197
7.6 基于石墨烯的光伏/电解器件 206
7.7 结论和观点 210
参考文献 210 第8章 石墨烯衍生物在光催化 中的应用 218
8.1 引言 218
8.2 氧化石墨烯和还原氧化石墨烯 219
8.2.1 制备 219
8.2.2 性能 220
8.3 石墨烯基半导体光催化剂的 合成 222
8.3.1 混合法 223
8.3.2 溶胶-凝胶工艺 223
8.3.3 水热和溶剂热法 224
8.4 光催化应用 225
8.4.1 有机污染物的光降解 225
8.4.2 光催化分解H 2 O 229
8.4.3 光催化还原CO 2 231
8.4.4 其他应用:染料敏化太阳 电池 232
8.5 结论和展望 233
致谢 234
参考文献 234 第9章 石墨烯基光催化剂在能源领 域的应用:进展和未来 前景 243
9.1 引言 243
9.1.1 石墨烯基光催化剂的合成 244
9.1.2 异位杂化策略 244
9.1.3 原位生长策略 245
9.2 能源应用 248
9.2.1 光催化氢气的释放 248
9.2.2 光催化还原二氧化碳 250
9.2.3 环境修复 251
9.3 结论和展望 252
参考文献 252 第10章 石墨烯基储氢装置 259
10.1 引言 259
10.2 分子氢的存储 260

10.2.1 石墨烯基金属/金属氧化物 263

10.2.2 掺杂石墨烯 263
10.3 基于氢溢流的原子氢存储 264
参考文献 266

第11章 可控尺寸和形状石墨烯支撑的 金属纳米结构用于燃料 电池的先进电催化剂 269
11.1 引言 269
11.2 燃料电池 270

11.2.1 PEMFC的配置和设计 270

11.2.2 DMFC 271

11.2.3 DFAFC 273

11.2.4 DAFC和生物燃料电池 274
11.3 石墨烯基金属纳米结构作为燃料 电池的电催化剂 274

11.3.1 石墨烯支撑的金属 纳米团簇 275

11.3.2 石墨烯支撑的单金属和合金 金属纳米颗粒 277

11.3.3 石墨烯支撑的核-壳纳米 结构 280

11.3.4 石墨烯支撑的中空 纳米结构 282

11.3.5 石墨烯支撑的立方纳米 结构 283

11.3.6 石墨烯支撑的纳米线和 纳米棒 286

11.3.7 石墨烯支撑的花状 纳米结构 287

11.3.8 石墨烯支撑的纳米枝晶 289

11.3.9 其他石墨烯支撑的二维或 三维纳米结构 289
11.4 结论 291
致谢 291
参考文献 292 第12章 石墨烯微生物 燃料电池 296
12.1 引言 296
12.2 MFC 297

12.2.1 MFC的工作原理 297

12.2.2 MFC的优势 297

12.2.3 MFC的分类 298
12.3 MFC的发展历史 300
12.4 MFC的应用前景 300

12.4.1 微型电池嵌入身体 301

12.4.2 移动电源 301

12.4.3 光合作用产生电力 301

12.4.4 生物传感器 301

12.4.5 偏远地区或公海的 电力供应 301

12.4.6 有机废水处理 301
12.5 MFC中存在的问题 302
12.6 基于石墨烯的MFC 302

12.6.1 阳极 302

12.6.2 膜 303

12.6.3 阴极 303
参考文献 304 第13章 石墨烯基材料在改善微生物 燃料电池电极性能中的 应用 308
13.1 引言 308
13.2 MFC中阳极电极的 石墨烯材料 309

13.2.1 石墨烯纳米片 309

13.2.2 三维石墨烯 311

13.2.3 GO 312
13.3 用于MFC中阴极电极的 石墨烯材料 313

13.3.1 裸石墨烯 314

13.3.2 用石墨烯作为掺杂剂的 聚合物涂层 314

13.3.3 用石墨烯作为支撑物的 金属涂层 315

13.3.4 氮掺杂石墨烯 316
13.4 展望 317
参考文献 318 第14章 石墨烯及其衍生物在 酶促生物燃料电池中的 应用 322
14.1 引言 322
14.2 无膜酶促生物燃料电池 323
14.3 改性生物阳极和生物阴极 325

14.3.1 电化学还原的GO和MWCNT/ ZnO 325

14.3.2 石墨烯/SWCNT 326
14.4 结论 327
致谢 327
参考文献 327 第15章 石墨烯及其衍生物用于 高效有机光伏 329
15.1 引言 329
15.2 太阳电池中的各种应用 329

15.2.1 导电电极 329

15.2.2 活动层 336

15.2.3 电荷传输层 339

15.2.4 电子传输层 346
15.3 结论 350
致谢 350
参考文献 350

第16章 石墨烯作为敏化剂 355
16.1 石墨烯作为敏化剂 355
16.2 石墨烯作为存储集流体 357

16.2.1 阳极集流体 358

16.2.2 阴极集流体 359
16.3 石墨烯作为光电阳极添加剂 361

16.3.1 DSSC应用程序 361

16.3.2 OPV应用 362

16.3.3 锂离子电池 363

16.3.4 传感器应用 363

16.3.5 透明导电薄膜 364

16.3.6 光催化应用 365
16.4 石墨烯作为阴极电催化剂 365

16.4.1 N掺杂石墨烯 366

16.4.2 B、P、S和Se掺杂的 石墨烯 366
16.5 结论 367
致谢 368
参考文献 368