氧化石墨誘導形成二維碳基材料及在超級電容器中應用.pdf

1、環(huán)境和能源問題迫使人類尋求新型、高效和環(huán)境友好的儲能和換能裝置。超級電容器具有超快的充放電速率，高功率性能，壽命長（＞105周期）等優(yōu)勢，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，是最有前景的電極材料之一。增強導電性和提高比表面積可增強電子傳輸能力，提高電解質(zhì)離子存儲能力，進而改善材料的儲能性能。綜合考慮石墨烯材料擁有良好的導電性及多孔碳具有大的比表面的特點，本論文發(fā)展了利用氧化石墨作為石墨烯的前體，基于基團相互作用原

2、理，誘導葡萄糖、明膠等生物質(zhì)碳源生長，獲得多孔碳/石墨烯二維復合體的方法，顯著提升了材料的儲能特性。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以葡萄糖為碳源，氧化石墨為片層誘導劑，通過水熱-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3200 m2 g-1。材料在電流密度1 Ag-1時表現(xiàn)出較高的比電

3、容值235F g-1，良好的倍率性能和庫倫效率。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)導向劑誘導明膠組裝，經(jīng)碳化和活化的過程獲得厚度100nm左右，高比表面積（高達1476 m2 g-1）的LPCG基材料。GO不僅提高了LPCG基材料的導電性，對形成具有疊層結(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。實驗結(jié)果指出導電性的增

4、加有利于改善材料的倍率性能，而導電性和比表面積的共同作用下可獲得最高儲能性能的材料。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455 F g-1，電流密度1 Ag-1時，366 Fg-1），優(yōu)秀的倍率性能（電流密度30Ag-1時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，能量密度達到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)通過引入導電性較好的碳納米管，進一步拓寬材料的電壓窗口以改善LPCG材料的儲能性能。以明膠碳源，CNTs為導電劑，氧化石墨為片層誘導劑，通過碳化-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1791 m2 g-1。在該復合材料中，石墨烯可誘導片層材料的形成，多孔碳有利于電解液離子的訪問和擴散，CNTs提高材料的導電性，對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