石墨烯水凝膠及鈷鎳（錳）層狀氫氧化物的制備與電化學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型的儲能裝置具有功率高、循環(huán)壽命長和快速充放電等優(yōu)點，在儲能領(lǐng)域是一種對電池的補充，所以有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的超級電容器電極材料根據(jù)它們的儲荷原理不同主要分為兩種：碳基納米材料和贗電容材料。近年來，有儲能作用的材料都獲得了廣泛的研究和多領(lǐng)域的應(yīng)用。石墨烯作為一種先進的碳材料是近年來多個領(lǐng)域的研究熱點，并且如何設(shè)計方法構(gòu)筑三維的石墨烯結(jié)構(gòu)受到了研究者的青睞，本研究的著眼點之一是提出新的制備石墨烯三維結(jié)構(gòu)的方法。另外，類

2、電池材料近年來在超級電容器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，所以一方面制備了鈷鎳雙氫氧化物微球，以探索其在混合儲能裝置中的應(yīng)用價值；另一方面探索了三元金屬離子構(gòu)成的氫氧化物的電化學(xué)性質(zhì)，并進一步構(gòu)筑了復(fù)合電極材料以改善其性能缺陷。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在溫和的水熱條件下，通過使用葡萄糖和氨水體系還原氧化石墨(GO)溶液，得到具有三維(3D)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的石墨烯水凝膠(GH)。在這個反應(yīng)過程中，GO納米片自組裝形成3D-GH，因為是在氨水環(huán)境下反應(yīng)，

3、所以得到的GH有N元素?fù)诫s。此外發(fā)現(xiàn)，和凝膠GH-1相比較，具有更高N摻雜含量的凝膠GH-2展現(xiàn)出了更加有序地交聯(lián)結(jié)構(gòu)和更好的電化學(xué)性質(zhì)。⑵通過一步溶劑熱法得到了三維的納米結(jié)構(gòu)的鈷鎳雙氫氧化物(Co1-xNix LDHs)微球，在反應(yīng)過程中，使用無水乙醇作為溶劑、尿素作為堿源。通過調(diào)節(jié)鈷和鎳離子的投料摩爾比，最后得到了具有最佳電化學(xué)性質(zhì)的Co0.2Ni0.8 LDH，其在1 A g-1下具有855.4Cg-1的比容量，10Ag-1時仍然

4、能保持777.9 C g-1。此外，以Co0.2Ni0.8 LDH為正極，活性炭(AC)為負(fù)極，制備了混合儲能裝置Co0.2Ni0.8LDH//AC，其具有1.6V的工作電壓，并且展現(xiàn)出較高的能量密度和功率密度。⑶用原位生長法把鈷鎳錳混合層狀氫氧化物(CoNiMn-LHCs)直接生長在泡沫鎳基底上，通過調(diào)節(jié)鈷鎳錳離子的配比，得到了具有最高電容量的2-CoNiMn/NF，然而測試發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過1000次循環(huán)之后，2-CoNiMn/NF的電容

5、衰減到其初始電容的30.4％。因此為了改善氫氧化物的循環(huán)性能，在此基礎(chǔ)上制備了兩類復(fù)合電極材料。一是把NF浸漬在3 mg mL-1的GO溶液中反應(yīng)，通過水熱反應(yīng)得到還原氧化石墨(RGO)膜包覆的NF，即RGO/NF；另外，我們構(gòu)筑了Co3O4陣列生長在NF表面(Co3O4/NF)。最后，在RGO/NF和Co3O4/NF電極上用同樣的溶劑熱條件生長鈷鎳錳氫氧化物，得到了CoNiMn/RGO/NF和CoNiMn/Co3O4/NF復(fù)合電極材料