石墨烯基電極材料的制備與超級電容器性能研究.pdf

1、超級電容器，又稱電化學(xué)電容器，因其功率密度大，使用溫度范圍寬(-20℃～60℃)，無污染、長壽命等特性成為一種新型儲能器件。超級電容器的儲能原理包括雙電層電容和法拉第電容（贗電容），前者通過具有高比表面的碳材料來實現(xiàn)，而后者利用電活性材料產(chǎn)生的贗電容儲能。近年來，石墨烯及其復(fù)合材料被認(rèn)為是最有前途的能源材料，因為石墨烯材料具有高電導(dǎo)率，高的比表面積，高的力學(xué)強度，非凡的化學(xué)溶劑耐受性，透明和寬的電化學(xué)窗口等優(yōu)點，可以靈活的組裝和化學(xué)修飾

2、以達到功能設(shè)計的目的，特別適合作為超級電容器的電極材料。因此，石墨烯基電極材料的研究是超級電容器的主要研究方向之一。本論文研究了石墨烯基電極材料的硫酸脫水還原法、電泳沉積組裝法和水熱法的制備過程，同時將其作為超級電容器電極材料，系統(tǒng)研究了其電容性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　利用濃硫酸的脫水性能，在不同溫度下處理氧化石墨烯得到濃硫酸脫水還原石墨烯材料(Dehydratedreductiongrapheneoxide，rGO-D)。研

3、究了不同處理溫度對材料結(jié)構(gòu)和電容性能的影響。結(jié)果表明，濃硫酸能在較低的溫度下快速、有效地脫除氧化石墨烯表面的大部分含氧官能團，對含氧官能團的脫除效率依次為COOH＞C-O/C-O-C＞C=O。經(jīng)過開環(huán)處理后，對所有的官能團均有較好的脫除效果。制備的rGO-D作為超級電容器電極材料，隨著溫度增加，其比電容呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，在70℃，30min處理后得到石墨烯電極材料的比電容最大(281.8Fg-1)。
　　結(jié)合使用了電泳沉積

4、和電還原法，制備了自支撐的柔性石墨烯薄膜材料。首先通過電泳沉積在石墨基底上得到柔軟、透明的氧化石墨烯薄膜;然后經(jīng)電化學(xué)還原得到自支撐的石墨烯薄膜;研究了電泳沉積條件和電容性能之間的關(guān)系。采用XRD、SEM、FT-IR、光學(xué)顯微鏡和對樣品進行材料結(jié)構(gòu)、形貌表征。結(jié)果表明，采用電泳沉積和電還原技術(shù)結(jié)合，可以得到導(dǎo)電性好、自支撐結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜電極材料;電容測試結(jié)果表明，電泳沉積條件為30V、10min時制備的石墨烯材料具有最好的電容性能，比

5、電容為254F·g-1，經(jīng)1000次循環(huán)伏安測試后，電容保持率為97.02％。
　　以氧化石墨烯為前驅(qū)物，氯化鐵作為鐵源，磺基水楊酸配位離子作為緩釋劑，在堿性體系下水熱法一步合成了石墨烯/Fe3O4復(fù)合材料。采用XRD、TEM、FT-IR、XPS對樣品進行材料結(jié)構(gòu)、形貌表征。研究了鐵源離子濃度對石墨烯/Fe3O4電容性能的影響。結(jié)果表明:制備的石墨烯/Fe3O4復(fù)合材料是由粒徑為5-9nm的Fe3O4納米級單晶分布在石墨烯表面組成