面向超級電容儲能的垂直取向石墨烯納米通道粗糙度及潤濕特性調控.pdf

1、石墨烯作為新型二維材料，被視為超級電容儲能的理想電極材料，在儲能應用領域研究中具有廣闊而深遠的前景。但是，傳統(tǒng)化學方法制備環(huán)節(jié)中極易形成大量層間團聚，嚴重影響活性載體的有效儲能面積，限制了石墨烯儲能能力?；诖怪比∠蚴┑男滦统夒娙萜鳎捎行П苊鈱娱g團聚、促進離子擴散和電荷轉移，具有高效儲能的潛力。然而，垂直取向石墨烯本征疏水的性質，直接制約了對材料有效利用，影響其儲能潛力。本論文通過對垂直取向石墨烯微觀粗糙度的修飾，實現(xiàn)其潤濕特性

2、的調控，改變有效儲能面積，從而影響其儲能性能，對垂直取向石墨烯超級電容儲能性能與機理展開深入的研究與探討。
　　采用微波等離子體增強化學氣相沉積方法，通過調整相關生長參數，制備具有高度分枝化結構的垂直取向石墨烯。利用毛細驅動形貌結構修飾方法，實現(xiàn)對垂直取向石墨烯納米通道表面粗糙度的調控，獲得了三種不同表面粗糙度的垂直取向石墨烯，其粗糙度由大至小排列依次為VGs-O>VGs-A>VGs-W。
　　垂直取向石墨烯納米通道表面粗糙

3、度直接影響納米通道內的固-液界面之間作用，決定垂直取向石墨烯表面潤濕特性。研究發(fā)現(xiàn)，通過對表面粗糙度的修飾，可以簡單有效地實現(xiàn)垂直取向石墨烯潤濕特性的調控：液滴在粗糙度較大VGs-O表面形成3°的接觸角，表現(xiàn)出超親水特性；在粗糙度較小的VGs-W表面，液滴在呈橢球體，接觸角為108.8°，呈現(xiàn)疏水特性；粗糙度居于二者之間的 VGs-A表面接觸角則為40.6°，表現(xiàn)為親水特性。
　　進一步研究具有不同表面粗糙度和潤濕特性的垂直取向石

4、墨烯超級電容儲能性能。研究結果表明，VGs-O具有豐富的分枝邊緣結構，為電荷儲存提供了大量活性位點，其超親水的潤濕特性，進一步增加與電解質的有效接觸。VGs-O體積電容達到4.08 F/cm3，大于粗糙度較小、較疏水的VGs-A（2.16 F/cm3）和VGs-W（1.58 F/cm3）。但是，粗糙度較小的VGs-W納米通道表面光滑，對粒子運動阻礙作用小，VGs-W的-45°頻率高達1258 Hz，遠大于VGs-O（50 Hz）。