石墨烯及其復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)越的力學性能、非凡的電子傳遞性能等性質(zhì),近年來引起了廣泛關注。此外,石墨烯較好的化學穩(wěn)定性、較高的比表面積和較寬的電化學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合材料的制備及其在超級電容器方面的應用開展了一系列的研究。超級電容器是利用電化學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。實驗證明,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,并研究了復合物電容器性能。充放電測試結(jié)果顯示:Fe3O4和復合物在電流密度為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合物的電化學性能。
　　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,并且研究了不同復合比例對電化學性能的影響。測試表明,復合物具有較高的電化學活性和比電容。隨著復合物中α-氫氧化鎳比例的增大,其比電容也隨之增大。電化學測試結(jié)果顯示,當氧化石墨與α-氫氧化鎳的質(zhì)量比為1:3時,在電流密度為20mA/cm2時,復合物的比電容高達738.4F/g,在經(jīng)過500次