埃斯基希尔 · 奥斯曼加兹大学Mustafa Anik–g-C3N4/石墨烯纳米复合材料在锂离子氧电池光辅助充电中的光催化效率

在这项工作中，旨在合成一种有效的纳米复合光催化剂，用于锂离子氧电池的光辅助充电。最初，石墨烯薄膜是通过化学气相沉积合成的，随后，g-C₃N₄/石墨烯纳米复合材料作为光催化剂通过热还原合成。FTIR光谱分析表明═在合成过程中，g-C₃N₄和石墨烯薄膜之间可以形成C键。光电流测量表明，石墨烯的存在对g-C₃N₄的可见光利用率和光催化效率有很大贡献。紫外-可见漫反射光谱测量也揭示了这一贡献，表明石墨烯的增量添加逐渐减少了纳米复合材料的光学带隙。在锂离子氧电池的光辅助充电测试中，还观察到g-C₃N₄/石墨烯纳米复合材料的光催化剂性能，并且结构中2D石墨烯的存在提高了g-C₃N₄在降低充电电势方面的有效性，特别是在高电流密度下。

图1.纯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光谱。

图2.纯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图谱。

图3.纯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的光电极电流。

图4.(a)纯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的吸收边。

图5.(a)纯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的光学带隙。

图6.(a)纯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图。

图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)电流密度的光辅助充电条件下，g-C₃N₄和3 cm²石墨烯/mg g- C₃N₄光催化剂对锂离子氧电池的1小时充电曲线。并给出了放电曲线和暗充电曲线进行比较。

图8. 在光辅助条件下，使用（a）g-C₃N₄和（b）3 cm²石墨烯/mg g-C₃N₄光催化剂的锂离子氧电池在2500 mA h g^–1（0.25 mA h cm^–2）恒定容量和300 mA g^–1的电流密度下收集的放电和充电曲线。

相关研究成果由埃斯基希尔 · 奥斯曼加兹大学Mustafa Anik等人2023年发表在ACS Omega (链接：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