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埃斯基希爾 · 奧斯曼加茲大學Mustafa Anik等--g-C3N4/石墨烯納米復合材料在鋰離子氧電池光輔助充電中的光催化效率

在這項工作中，旨在合成一種有效的納米復合光催化劑，用于鋰離子氧電池的光輔助充電。最初，石墨烯薄膜是通過化學氣相沉積合成的，隨后，g-C₃N₄/石墨烯納米復合材料作為光催化劑通過熱還原合成。FTIR光譜分析表明═在合成過程中，g-C₃N₄和石墨烯薄膜之間可以形成C鍵。光電流測量表明，石墨烯的存在對g-C₃N₄的可見光利用率和光催化效率有很大貢獻。紫外-可見漫反射光譜測量也揭示了這一貢獻，表明石墨烯的增量添加逐漸減少了納米復合材料的光學帶隙。在鋰離子氧電池的光輔助充電測試中，還觀察到g-C₃N₄/石墨烯納米復合材料的光催化劑性能，并且結構中2D石墨烯的存在提高了g-C₃N₄在降低充電電勢方面的有效性，特別是在高電流密度下。

圖1. 純g-C₃N₄、1 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄、2 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄和3 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄的FTIR光譜。

圖2. 純g-C₃N₄、1 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄、2 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄和3 cm2石墨烯/mg g-C₃N₄的XRD圖譜。

圖3. 純g-C₃N₄、1 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄、2 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄和3 cm²石墨烯/mmg g-C₃N₄的光電極電流。

圖4. (a)純g-C₃N₄， (b) 1 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄， (c) 2 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄， (d) 3 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄的吸收邊。

圖5. (a)純g-C₃N₄， (b) 1 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄， (c) 2 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄， (d) 3 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄的光學帶隙。

圖6. (a)純g-C₃N₄，(b)1 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄，(c)2 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄，和(d)3 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄的Mott-Schottky圖。

圖7. 在(a) 10 mA g^-1 (0.001 mA cm^-2)、(b) 50 mA g^-1 (0.005 mA cm^-2)、(c) 100 mA g^-1 (0.01 mA cm^-2)、(d) 200 mA g^-1 (0.02 mA cm^-2)和(e) 500 mA g^-1 (0.05 mA cm^-2)電流密度的光輔助充電條件下，g-C₃N₄和3 cm²石墨烯/mg g- C₃N₄光催化劑對鋰離子氧電池的1小時充電曲線。并給出了放電曲線和暗充電曲線進行比較。

圖8. 在光輔助條件下，使用（a）g-C₃N₄和（b）3 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄光催化劑的鋰離子氧電池在2500 mA h g^–1（0.25 mA h cm^–2）恒定容量和300 mA g^–1的電流密度下收集的放電和充電曲線。

相關研究成果由埃斯基希爾 · 奧斯曼加茲大學Mustafa Anik等人2023年發表在ACS Omega (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsomega.3c07546)上。原文：Photocatalytic Efficiency of g-C3N4/Graphene Nanocomposites in the Photo-Assisted Charging of the Li-Ion Oxygen Battery

轉自《石墨烯研究》公眾號



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