石墨烯及其復(fù)合物的制備與電容器性能研究.pdf

1、石墨烯是一種新型的二維納米結(jié)構(gòu)的碳材料,因具有高的熱穩(wěn)定性、優(yōu)越的力學(xué)性能、非凡的電子傳遞性能等性質(zhì),近年來引起了廣泛關(guān)注。此外,石墨烯較好的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的比表面積和較寬的電化學(xué)窗口使其成為超級電容器電極材料的一顆新星。本論文主要圍繞石墨烯和石墨烯基氧化物復(fù)合材料的制備及其在超級電容器方面的應(yīng)用開展了一系列的研究。超級電容器是利用電化學(xué)雙電層或電極材料在電極/溶液界面發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而存儲能量的裝置。目前,對超級電容器的研究主要集

2、中在提高和改善材料的電化學(xué)性能方面。
　　本文采用抗壞血酸作為還原劑,在低溫油浴和微波輔助條件下制備了高品質(zhì)的石墨烯并研究其作為電容器電極材料的性能。通過一系列表征手段比較了兩種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明,微波輔助法能夠快速制備高品質(zhì)的石墨烯。兩種方法制備的石墨烯都是理想的雙電層電容器電極材料,具有良好的導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性。在經(jīng)過500次循環(huán),電流密度為20mA/cm2時,測得微波輔助法和低溫油浴法制備的石墨烯的比電容分別為75F

3、/g,52F/g,相應(yīng)的電容保留率為93.6％,85.7%。通過對比可以看出,微波輔助法制備的石墨烯具有更高的比電容和循環(huán)穩(wěn)定。
　　通過對石墨烯表面修飾金屬納米粒子來提高石墨烯較低的比容量。本文通過簡單的一步溶劑熱法,成功在石墨烯表面生長四氧化三鐵納米粒子,并研究了復(fù)合物電容器性能。充放電測試結(jié)果顯示:Fe3O4和復(fù)合物在電流密度為50mA/cm2,經(jīng)過500次循環(huán)之后的比電容分別是145F/g,274F/g。復(fù)合物的比電容要高

4、于純相的Fe3O4和石墨烯,說明石墨烯的摻雜提高了復(fù)合物的電化學(xué)性能。
　　利用抗壞血酸作為還原劑,成功的在石墨烯基底上生長α-氫氧化鎳納米片,并且研究了不同復(fù)合比例對電化學(xué)性能的影響。測試表明,復(fù)合物具有較高的電化學(xué)活性和比電容。隨著復(fù)合物中α-氫氧化鎳比例的增大,其比電容也隨之增大。電化學(xué)測試結(jié)果顯示,當(dāng)氧化石墨與α-氫氧化鎳的質(zhì)量比為1:3時,在電流密度為20mA/cm2時,復(fù)合物的比電容高達(dá)738.4F/g,在經(jīng)過500次