多級(jí)功能石墨烯的制備及其在高性能電極材料的應(yīng)用.pdf

1、石墨烯是一種具有獨(dú)特二維結(jié)構(gòu)的新型材料，它是2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Geim教授等人通過(guò)剝離高定向熱解石墨發(fā)現(xiàn)的。石墨烯的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)界引起了較大的轟動(dòng)，因?yàn)樵谑┍话l(fā)現(xiàn)之前，理論和實(shí)驗(yàn)都認(rèn)為完美的二維晶體結(jié)構(gòu)不能在非絕對(duì)零度下穩(wěn)定存在，石墨烯的出現(xiàn)打破這一觀念。由于石墨烯特殊的二維結(jié)構(gòu)使其在電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面具有許多優(yōu)良的特性，因此石墨烯成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)、微電子等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以石墨烯片狀結(jié)構(gòu)為單元，構(gòu)筑的具有多

2、級(jí)結(jié)構(gòu)的新型結(jié)構(gòu)材料不僅能表現(xiàn)出一些比石墨烯單元更具優(yōu)異的性能，而且還會(huì)產(chǎn)生一些新的良好性能，從而擴(kuò)展石墨烯在功能材料、催化、能源等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。本文以一種創(chuàng)新的方法制備了三維且成泡沫狀的石墨烯，并以此為基礎(chǔ)制備了四種材料，并研究它們?cè)陔姌O材料方面的應(yīng)用特性。
　　本論文按所研究材料的不同分為四大體系，依次是本征三維石墨烯、磷摻雜三維石墨烯、本征三維石墨烯和氧化鋅納米棒的復(fù)合物、磷摻雜三維石墨烯和氧化鋅納米棒的復(fù)合物。取得了如下

3、創(chuàng)新性的成果：
　　1、采用化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition)的方法，用無(wú)水乙醇作為碳源，泡沫鎳作為催化劑和生長(zhǎng)基底，采用鼓泡的形式，在750oC的條件下生長(zhǎng)出本征三維石墨烯。所制備的本征三維石墨烯完美地保持了泡沫鎳的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)其電學(xué)性能的表征，其電導(dǎo)率可以高達(dá)7.293×104S/m，在掃描速度為5mV/s時(shí)，其電容量可以高達(dá)380F/g；
　　2、采用CVD方法，用三苯基磷(TP

4、P)同時(shí)作為碳源和磷源，泡沫鎳作為催化劑和生長(zhǎng)基底，首次生長(zhǎng)出磷摻雜三維石墨烯。所制備的磷摻雜三維石墨烯沒(méi)有采用通常有毒的溶劑、并且P的摻雜量可以高達(dá)2.91％。通過(guò)電化學(xué)表征，所制備的磷摻雜三維石墨烯的開(kāi)啟電壓為-0.187V，在循環(huán)10000s之后其電流密度只下降了12.59%，同時(shí)具有很好的抗甲醇毒性。
　　3、在本征三維石墨烯的基礎(chǔ)上，采用水熱法，在本征三維石墨烯表面生長(zhǎng)氧化鋅納米棒，形成本征三維石墨烯和氧化鋅納米棒的復(fù)合

5、物，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，并研究它超級(jí)電容器方面的性能，并研究其與本征三維石墨烯的區(qū)別；所制備的三維石墨烯/氧化鋅復(fù)合物在掃描速度為5mV/s時(shí)，其電容量可以高達(dá)電554.23F/g，同時(shí)在2300次循環(huán)后，其電容量依然能保持原電容量的94.4%，表現(xiàn)出了良好的超級(jí)電容器性能。
　　4、在磷摻雜三維石墨烯的基礎(chǔ)上，采用水熱法，在磷摻雜三維石墨烯表面生長(zhǎng)氧化鋅納米棒，對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，并研究它超級(jí)電容器方面的性能，并探究與