垂直生長石墨烯的制備及其超級電容器性能研究.pdf

1、超級電容器（尤其是雙電層電容器）具有功率密度高、充放電速率快、循環(huán)壽命達萬次以上等優(yōu)點，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。目前雖然對雙電層電容器的研究取得了一定進步，但相對較低的能量密度仍然制約了其實際應用。利用等離子體化學氣相沉積方法（PECVD）制備的原位垂直生長的石墨烯（VFG）作為電極材料，可以組裝成比表面積大、導電性能優(yōu)異且比電容足夠大的超級電容器。本文中采用PECVD方法在Pt/Si基底表面制備VFG，將VFG/Pt電極材料直接作

2、為集電體應用到超級電容器上，研究其雙電層電容器電化學性能。.
　　PECVD方法在Pt/Si基底材料上生長VFG工藝，重點討論了生長溫度、生長時間、射頻功率、工作總壓強和氣體流量比等工藝參數(shù)對Pt表面生長VFG的影響規(guī)律，優(yōu)化出最佳的VFG制備工藝參數(shù)，制備的石墨烯均垂直于基底生長分布均勻，密度適中，石墨化程度高，石墨烯的厚度為3-10個原子層，高度在100nm左右。結(jié)合SEM、HRTEM結(jié)果分析，揭示了VFG在Pt表面的生長機理

3、。
　　為克服VFG表面電解液潤濕差的難題，提出了一種缺陷誘導潤濕性提高VFG電化學性能的新方法。通過微調(diào)Ar:H2氣體流量比的方法來調(diào)控VFG表面本征缺陷，進而改善其水系電解液在其表面的潤濕性，提高比電容。研究表明，VFG的表面缺陷增多，其表面潤濕性顯著得到改善，ID/IG由1.3增加到2.0，潤濕角由131°降為73°，VFG的比電容值由263μF/cm2提升至703μF/cm2。而且，VFG具有非常優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)300

4、0次循環(huán)之后仍保持了原來91.2％的比電容。同時，揭示了石墨烯的比電容值、缺陷度和潤濕性之間的相關(guān)性。
　　基于缺陷誘導石墨烯潤濕性提高其電化學性能理念，提出了一種傾斜式等離子體表面改性提高石墨烯電化學性能的方法。研究表明，通過氬等離子體垂直式表面處理后，VFG表面形貌沒有發(fā)現(xiàn)明顯改變，但表面缺陷度顯著提高，表面水系電解液的潤濕性得到一定程度改善，其比電容值提高110%。另一方面，通過傾斜式氬離子體表面改性處理后，相對垂直式雖然