二氧化錳-三維結(jié)構(gòu)石墨烯電極材料制備及電化學(xué)性能.pdf

1、石墨烯材料擁有諸多優(yōu)異性能，因此有希望成為高性能超級電容器電極材料。但是二維石墨烯易發(fā)生片層堆砌復(fù)合且比電容較小，這些缺點極大地限制了其在超級電容器領(lǐng)域的應(yīng)用。為克服上述缺點，論文采用燃燒合成法以及氧化石墨烯自組裝方法制備具有微觀三維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料，通過將三維石墨烯與二氧化錳復(fù)合，實現(xiàn)制備高性能超級電容器電極材料目標(biāo)。
　　本文研究了燃燒合成過程中碳源種類以及自組裝過程中還原劑用量對于石墨烯微觀三維形貌結(jié)構(gòu)影響，并對其形成機

2、理進行討論。為了進一步獲得高性能超級電容器電極材料，本文提出了新穎的反相微乳液法制備二氧化錳/三維石墨烯復(fù)合電極材料。在反相微乳液法的基礎(chǔ)上，采用原位合成法制備二氧化錳/三維石墨烯復(fù)合電極材料，使二氧化錳/三維石墨烯電極材料電化學(xué)性能獲得進一步提升。
　　燃燒合成法可以快速制備出具有不同微觀三維形貌結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。改變碳源(碳酸鎂、碳酸鈣以及二氧化碳)種類，可以實現(xiàn)對石墨烯微觀三維形貌控制。碳源差異會導(dǎo)致石墨烯缺陷密度以及氧化物

3、含量變化，進一步影響其電化學(xué)性能。采用機械混合法實現(xiàn)微觀三維石墨烯與二氧化錳復(fù)合，使材料比電容由27.8F/g提高到147.2F/g。
　　探索還原劑用量對自組裝三維石墨烯孔結(jié)構(gòu)形成影響規(guī)律，考察還原劑用量與石墨烯表面官能團種類及數(shù)量關(guān)系，給出具有最佳電化學(xué)性能三維石墨烯合成工藝條件。研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)倪€原劑用量會改變自組裝三維石墨烯表面官能團組成以及孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得具有優(yōu)異電化學(xué)性能的電極材料。
　　提出反相微乳液法制備二氧化

4、錳/三維石墨烯超級電容器復(fù)合電極材料。利用石墨烯強烈的親油疏水特性，使其在油相中均勻分散；通過高錳酸鉀與硫酸錳水溶液在微乳液滴內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)制備二氧化錳顆粒，并負(fù)載于石墨烯三維多孔結(jié)構(gòu)表面。反相微乳液體系中表面活性劑具有模板化作用，可以制備出“納米棒”或“納米球”狀二氧化錳顆粒。熱退火處理條件會影響二氧化錳結(jié)構(gòu)水含量、結(jié)晶狀態(tài)以及比表面積，從而改變電極材料整體電化學(xué)性能。在最佳熱處理條件下(150℃)，復(fù)合電極材料比電容由222.5

5、F/g提高到387.9F/g；經(jīng)過1000次多循環(huán)測試后，樣品電容保持率為90.4％。
　　以反相微乳液方法為基礎(chǔ)，原位合成制備二氧化錳/三維石墨烯超級電容器復(fù)合電極材料。利用高錳酸鉀與石墨烯表面碳發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，在石墨烯表面原位生成二氧化錳涂層。與反相微乳液方法相比，該方法可以實現(xiàn)“一步法”獲得高性能二氧化錳/三維石墨烯復(fù)合電極材料目標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，該方法獲得二氧化錳微觀形貌為涂層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與三維石墨烯表面結(jié)合緊密，有助于