氧化石墨誘導(dǎo)形成二維碳基材料及在超級(jí)電容器中應(yīng)用.pdf

1、環(huán)境和能源問(wèn)題迫使人類尋求新型、高效和環(huán)境友好的儲(chǔ)能和換能裝置。超級(jí)電容器具有超快的充放電速率，高功率性能，壽命長(zhǎng)（＞105周期）等優(yōu)勢(shì)，目前受到廣泛的關(guān)注。碳基電極材料具有成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，是最有前景的電極材料之一。增強(qiáng)導(dǎo)電性和提高比表面積可增強(qiáng)電子傳輸能力，提高電解質(zhì)離子存儲(chǔ)能力，進(jìn)而改善材料的儲(chǔ)能性能。綜合考慮石墨烯材料擁有良好的導(dǎo)電性及多孔碳具有大的比表面的特點(diǎn)，本論文發(fā)展了利用氧化石墨作為石墨烯的前體，基于基團(tuán)相互作用原

2、理，誘導(dǎo)葡萄糖、明膠等生物質(zhì)碳源生長(zhǎng)，獲得多孔碳/石墨烯二維復(fù)合體的方法，顯著提升了材料的儲(chǔ)能特性。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以葡萄糖為碳源，氧化石墨為片層誘導(dǎo)劑，通過(guò)水熱-碳化-活化（以ZnCl2為活化劑，在N2條件下碳化活化）合成了二維多孔碳/RGO復(fù)合碳材料(PCGS)。改變葡萄糖的加入量，可以有效調(diào)控二維片狀材料的厚度及比表面積。合適條件下比表面積高達(dá)3200 m2 g-1。材料在電流密度1 Ag-1時(shí)表現(xiàn)出較高的比電

3、容值235F g-1，良好的倍率性能和庫(kù)倫效率。研究結(jié)果指出RGO和多孔碳合理有效的結(jié)合可提高材料的電容性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(2)以明膠為碳源，氧化石墨為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑誘導(dǎo)明膠組裝，經(jīng)碳化和活化的過(guò)程獲得厚度100nm左右，高比表面積（高達(dá)1476 m2 g-1）的LPCG基材料。GO不僅提高了LPCG基材料的導(dǎo)電性，對(duì)形成具有疊層結(jié)構(gòu)的薄層碳片也是至關(guān)重要的。不使用RGO情況下明膠衍生的碳厚度約500nm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出導(dǎo)電性的增

4、加有利于改善材料的倍率性能，而導(dǎo)電性和比表面積的共同作用下可獲得最高儲(chǔ)能性能的材料。最優(yōu)條件下，LPCG材料表現(xiàn)出較高放電比電容（電流密度0.5 Ag-1時(shí)455 F g-1，電流密度1 Ag-1時(shí)，366 Fg-1），優(yōu)秀的倍率性能（電流密度30Ag-1時(shí)221 F g-1）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。水系電解液中，在低功率密度500 W kg-1時(shí)，能量密度達(dá)到9.32 W h kg-1，并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性（＞96％，5000周期）。

5、
　　(3)通過(guò)引入導(dǎo)電性較好的碳納米管，進(jìn)一步拓寬材料的電壓窗口以改善LPCG材料的儲(chǔ)能性能。以明膠碳源，CNTs為導(dǎo)電劑，氧化石墨為片層誘導(dǎo)劑，通過(guò)碳化-活化的路線方法制備三元二維碳基材料(LPC-C-G)。LPC-C-G基材料最高比表面積高達(dá)1791 m2 g-1。在該復(fù)合材料中，石墨烯可誘導(dǎo)片層材料的形成，多孔碳有利于電解液離子的訪問(wèn)和擴(kuò)散，CNTs提高材料的導(dǎo)電性，對(duì)拓寬材料的電壓窗口也有一定的影響。因此，材料表現(xiàn)出較高