類石墨烯基納米復(fù)合材料的合成及其電化學(xué)電容性能研究.pdf

1、利用改性的Hummers法可將多壁碳納米管從縱向剖開，形成類似于石墨烯納米帶的碳納米材料。這種類石墨烯材料綜合了石墨烯和碳納米管的的優(yōu)點(diǎn)，不僅避免了石墨烯制備過程中不可逆的團(tuán)聚問題同時還使它的比表面積相對于碳納米管大幅度提高，在超級電容器應(yīng)用方面具有非常重要的研究價值。單純的碳材料由于具有較高的電阻率，降低了其電容性能，為了解決這一問題，人們更多的研究是將金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物或其他碳納米材料與其復(fù)合，形成三維多元納米復(fù)合材料以提高電化

2、學(xué)電容特性。本論文中我們將研究內(nèi)容主要集中在類石墨烯-金屬氧化物和類石墨烯-還原的氧化石墨烯兩種復(fù)合材料的電化學(xué)電容性能方面，所取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)利用改性的Hummers法成功地將多壁碳納米管沿著長度方向剖開形成類氧化石墨烯(QGO)，在無添加任何還原劑的情況下，通過一步水熱法制備出RuO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40wt％的類石墨烯納米片/RuO2(QGN/RuO2)復(fù)合材料。形貌和結(jié)構(gòu)表征顯示，無定型RuO2納米顆粒均勻地

3、分散在QGN表面。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明，與純的QGN和RuO2相比，QGN/RuO2復(fù)合材料在酸性、堿性、甚至是中性電解質(zhì)溶液中均展現(xiàn)出良好的電化學(xué)電容性能。QGN/RuO2在1MKOH，1MH2SO4和1MNa2SO4中的比電容值分別是453.7，415.7，287.5Fg-1。特別值得注意的是，QGN/RuO2復(fù)合材料在1MNa2SO4中的電壓窗口高達(dá)1.6V，顯著地增加了超級電容器的能量密度(102.2Whkg-1)和功率密度（

4、1600Wkg-1）。這些結(jié)果表明QGN/RuO2復(fù)合材料是一種具有潛在應(yīng)用前景的超級電容器電極材料。
　　(2)利用簡單的機(jī)械混合法制備出QGN/MnO2復(fù)合材料。采用SEM、XRD、FTIR對所制備的材料進(jìn)行表征，利用循環(huán)伏安法和恒電流充放電法測試其電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明，QGN和MnO2在復(fù)合材料中的質(zhì)量比對復(fù)合材料的電化學(xué)性能有顯著的影響，最佳質(zhì)量比為5∶5。在1MNa2SO4中，在5mVs-1的掃描速度下，復(fù)合材料的比

5、電容值高達(dá)319.2Fg-1。此外，復(fù)合物在功率密度為80Wkg-1時，展現(xiàn)出最高的能量密度為19.4Whkg-1，最佳質(zhì)量比的復(fù)合材料具有優(yōu)異的電容保持特性，在經(jīng)過1000個充放電循環(huán)后比容量損失不到7％。
　　(3)簡單的水熱共還原法合成了具有三維結(jié)構(gòu)的類石墨烯/還原的氧化石墨烯(QGN/RGO)復(fù)合材料。QGN插層在RGO之間，不僅抑制了RGO的團(tuán)聚，而且還提高了兩者的表面積利用率。因此，所制備的QGN/RGO復(fù)合材料可以較