還原氧化石墨烯基復(fù)合材料的合成及其超電容行為研究.pdf

1、超級電容器作為一種新興的能量存儲元件，具有功率密度大，使用壽命長以及環(huán)保等優(yōu)點。但是，相比于鋰離子電池，相對較低的能量密度又是制約其大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。因此，目前超級電容器研究的重點是尋找具有高性能的電極材料。石墨烯作為一種新型的碳材料，由于具有大的比表面積、高的理論比電容等特點而被廣泛應(yīng)用于超級電容器。然而，由于石墨烯層與層之間強烈的范德華力又常常會使其發(fā)生團聚或堆垛。因此，對石墨烯進(jìn)行修飾以及石墨烯基復(fù)合材料的設(shè)計和合成都是拓寬石

2、墨烯應(yīng)用范圍的有效途徑。本研究將有機小分子引入到還原氧化石墨烯表面，利用非共價鍵功能化對石墨烯進(jìn)行了修飾；以石墨烯作為導(dǎo)電基質(zhì)與硫化鉍復(fù)合，制備了硫化鉍/還原氧化石墨烯(Bi2S3/RGO)復(fù)合材料。此外，通過簡單的回流法制備了二元金屬氧化物鈷酸錳 MnCo2O4納米花。采用常規(guī)的分析手段對材料的形貌、組成和晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用水溶性甲基綠(Methyl green，

3、MG)對還原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide，RGO)進(jìn)行非共價鍵修飾以期提高石墨烯的超電容性能。甲基綠通過快速的氧化還原反應(yīng)貢獻(xiàn)額外的電化學(xué)電容，使還原氧化石墨烯的比電容有了明顯的增加。實驗結(jié)果顯示，在電位窗口為-0.25-0.75 V，電流密度為1 A g-1時，甲基綠/還原氧化石墨烯(MG-RGO)復(fù)合材料在 MG與RGO的質(zhì)量比為 MG：RGO=5：4時，其比電容達(dá)到最大值，為341 F g-1。此外，M

4、G-RGO復(fù)合材料還顯示出了優(yōu)異的倍容率特性(電流密度增加到20 A g-1時，其比電容仍能保持初始值的72％)以及長的循環(huán)壽命(5000次循環(huán)后電容僅衰減12%)。復(fù)合材料優(yōu)異的電化學(xué)性能主要是因為甲基綠和還原氧化石墨烯間的正協(xié)同作用，這說明通過有機小分子對石墨烯進(jìn)行修飾是一種制備高性能電極材料的可取方法。⑵通過回流法以及后續(xù)熱處理合成了鈷酸錳納米花超級電容器電極材料。采用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射

5、線衍射(XRD)和傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜等表征手段對所制備樣品的形貌和結(jié)構(gòu)行了分析；并利用循環(huán)伏安，恒電流充放電技術(shù)測試了其電化學(xué)性能。測試結(jié)果顯示，尋求最佳的回流條件是獲得高性能電極材料的關(guān)鍵，當(dāng)乙醇與水的體積比為1：1時，制備的MnCo2O4單電極比電容可達(dá)到314 F g-1。此外，該材料還表現(xiàn)出了較好的循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)2000次循環(huán)后，其比電容仍能保持初始值的90.4%。⑶通過水熱法制備了Bi2S3/RGO復(fù)合材料，并通