石墨烯的制備及其電化學性能研究.pdf

1、石墨烯自2004年首次被發(fā)現(xiàn)以來，立即引起了世界各國科學家的廣泛關注;繼富勒烯，碳納米管后又在世界各地掀起了一股新的碳材料研究熱潮;它的發(fā)現(xiàn)者Geim和Novoselev在2010年獲得了諾貝爾物理學獎。石墨烯具有嚴格的二維平面結構，是由碳六環(huán)組成的蜂窩狀晶體。正是由于石墨烯具有如此特殊的結構，它表現(xiàn)出眾多優(yōu)良的物理、化學、電學、光學、力學等方面的性能，比如它不僅具有極高的比表面積和結構穩(wěn)定性，而且具有良好的導電性和光學透明性。因此它在

2、超級電容器、鋰離子電池等儲能器件和觸摸屏等光學顯示器件方面表現(xiàn)出巨大的應用前景。目前石墨烯的制備方法已經(jīng)從最初發(fā)現(xiàn)它時的最原始的機械剝離法發(fā)展到現(xiàn)在的剝開碳納米管法、氧化還原法、CVD法、熱膨脹剝離法等數(shù)十種制備方法，諸多方法為石墨烯的大規(guī)模制備提供了有力保障。然而這些方法也存在一些問題，如利用化學氧化還原法制備石墨烯，在還原的過程中，石墨烯容易發(fā)生團聚等現(xiàn)象。同時由于石墨被強氧化劑氧化過后，石墨烯的結構遭到嚴重的破壞，還原不夠徹底等。

3、本文研究討論了如何改善化學氧化還原法的制備工藝，如何提高氧化石墨的還原程度和效率。另外通過在常壓低溫條件下和微波輻射、電弧放電等輔助條件下熱膨脹氧化石墨得到功能型石墨烯，并將其作為超級電容器的電極材料，通過循環(huán)伏安，恒流充放電，交流阻抗等測試方法研究了基于功能型石墨烯超級電容器電極的電化學性能。主要內容包括以下幾個部分:
　　(1)研究了化學氧化還原法制備石墨烯的過程中分別在靜止、恒溫磁力攪拌和超聲振蕩的條件下回流還原氧化石墨烯的

4、效果，同時改進了化學氧化還原法制備石墨烯的工藝流程，在對氧化石墨進行化學回流還原之前對其進行低能球磨。采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、光學顯微鏡(OM)以及拉曼光譜儀(Raman)、紅外光譜儀(FTIR)、熱重分析儀(DSC-TGA)等測試手段對制備的樣品進行表征。
　　(2)分別通過低溫熱膨脹、微波輻射、電弧放電等方法制備功能型石墨烯。通過XRD、SEM、TE

5、M、AFM、OM以及Raman、FTIR、DSC-TGA等測試手段對制備的樣品進行表征發(fā)現(xiàn)，熱膨脹能有效使氧化石墨中的含氧官能團受熱分解，從而使氧化石墨發(fā)生剝離還原。制備的功能型石墨烯層數(shù)大部分在10層以下，低溫和微波條件下氧化石墨發(fā)生了部分還原，電弧放電提供的瞬時高溫能使氧化石墨剝離還原的更充分。
　　(3)將低溫熱膨脹、微波輻射及電弧放電等方法制備的功能型石墨烯作為超級電容器的電極材料，利用恒流充放電，循環(huán)伏安以及交流阻抗譜等