石墨烯的成膜、修飾與電容性能的研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種綠色、新型的儲(chǔ)能元件，由于其高效、無污染的優(yōu)良特性，符合“低碳”經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，受到了人們的高度重視。超級(jí)電容器的核心是電極材料。新興的石墨烯二維單層原子碳材料因具有大的比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性、高的機(jī)械強(qiáng)度，被認(rèn)為是理想的超級(jí)電容器電極材料?；瘜W(xué)方法制備的氧化石墨烯具有良好的成膜性，可用于制備“石墨烯紙”并進(jìn)而應(yīng)用于無支撐電極。此外，氧化石墨烯上豐富的含氧官能團(tuán)可用于錨定金屬納米粒子，形成石墨烯復(fù)合材料。本論文圍繞石墨烯

2、薄膜制備、修飾和電化學(xué)電容性質(zhì)開展研究工作，發(fā)展了石墨烯/碳納米管復(fù)合薄膜的溶液鑄造制備方法，提出了水熱還原制備石墨烯基復(fù)合薄膜的途徑，并研究了所制備材料的電容性能，取得了以下的研究成果： 1. 利用氧化石墨烯良好的成膜性，通過溶液鑄造方法，制備了氧化石墨烯薄膜和氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合薄膜。然后通過200 ℃退火，得到了相應(yīng)的石墨烯薄膜、石墨烯/碳納米管薄膜。這種薄膜通過石墨烯層間相互作用結(jié)合，例如π-π堆積，以及范德華力等，因而能夠

3、在各種極性電解液中穩(wěn)定存在。復(fù)合薄膜的比電容在70~110 F/g，并且由于其表面仍然存在著部分含氧官能團(tuán)的作用，顯示了一定的贗電容的特性，表明其作為超級(jí)電容器電極的潛質(zhì)。 2. 通過抽慮法制備了氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合薄膜。在水熱條件下，氧化石墨烯被水還原并實(shí)現(xiàn)自組裝，重新構(gòu)建成具有π-π堆積的網(wǎng)絡(luò)狀三維結(jié)構(gòu)。所制備的石墨烯/碳納米管雜化薄膜具有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械性能，并展現(xiàn)了優(yōu)異的電容性能，比電容達(dá)180 F/g。這為無支撐的石墨烯

4、基薄膜的制備提供了一條簡單、有效的新途徑。 3. 以氧化石墨烯為載體，利用氧化石墨烯上含氧官能團(tuán)與金屬離子的相互作用，采用水合肼還原和后續(xù)熱處理，制備了鎳納米粒子修飾的石墨烯復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料中，顯示了其比純石墨烯更高的電化學(xué)電容存儲(chǔ)能力。 4. 結(jié)合本課題組前期的工作基礎(chǔ)，采用天然生物質(zhì)楊絮為原料直接碳化制備出外徑為4~8 μm，內(nèi)徑為3~7 μm左右的碳微米管。所制備的碳微米具有良好的電容特性，甚至優(yōu)于碳納米管