電化學(xué)沉積石墨烯及其電容特性研究.pdf

1、作為一種由碳原子以sp2雜化軌道構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，在光電子學(xué)器件、超級(jí)電容器和電池等方面有著廣大的應(yīng)用前景。在本文中，我們首先通過(guò)電化學(xué)的方法制備石墨烯及其衍生物。相較于其他方法而言，電化學(xué)方法制備石墨烯不需要額外的還原劑，還原過(guò)程主要是通過(guò)氧化石墨和電極之間的電子的傳遞進(jìn)行。因此，它可以避免使用有毒的還原劑，也不會(huì)在產(chǎn)物中引入副產(chǎn)物。隨后我們對(duì)所制備的石墨烯及其衍生物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并研究其在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)

2、容如下：
　　1)通過(guò)電化學(xué)的方法將石墨烯還原并直接沉積到金屬電極上，通過(guò)對(duì)沉積產(chǎn)物的傅里葉變換紅外光譜數(shù)據(jù)和拉曼數(shù)據(jù)的分析，可以看出氧化石墨烯在電極上被有效的還原。從樣品的掃描電子顯微鏡圖中可以發(fā)現(xiàn)，制備的石墨烯薄膜為多孔結(jié)構(gòu)。所制備的石墨烯電極在電流密度為0.5mAcm-2時(shí)的比容量最為126.4Fg-1。在循環(huán)伏安測(cè)試中，當(dāng)掃描速率從10mVs-1增加到1000mVs-1時(shí)，石墨烯電極的比電容下降為初始值的66.9％，從13

3、1.6Fg-1下降88Fg-1，而且石墨烯在不同的掃描速率條件下的循環(huán)伏安曲線都呈現(xiàn)出很好的矩形，這說(shuō)明電化學(xué)沉積得到的石墨烯薄膜具有優(yōu)異的倍率性能。
　　2)采用簡(jiǎn)單可控的電化學(xué)方法來(lái)制備石墨烯水凝膠，水凝膠呈現(xiàn)明顯的多孔結(jié)構(gòu)，從而可以促進(jìn)電子和離子在電極內(nèi)的傳輸。水凝膠作為超級(jí)電容器的電極，在掃描速率在200mVs-1和3000mVs-1的掃描速率內(nèi)，循環(huán)伏安曲線都表現(xiàn)出類矩形的特點(diǎn)，這說(shuō)明在電極界面處電荷的擴(kuò)散服從雙電層機(jī)制

4、。
　　3)通過(guò)采用一步電化學(xué)方法，共沉積得到了石墨烯/硫化鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)。在沉積過(guò)程中，電極附近的氧化石墨烯失去其親水性并沉積在電極上，與此同時(shí)，硫化鎳也被沉積在電極上并與石墨烯結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。從循環(huán)伏安曲線和恒電流充放電曲線中可以看出，復(fù)合材料顯示出明顯的法拉第準(zhǔn)電容特性。在前500次循環(huán)充放電過(guò)程中，復(fù)合材料的比容量下降了35.5%，而在后1500次循環(huán)充放電過(guò)程中，復(fù)合材料的比容量?jī)H僅下降了4.6%，顯示出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性