一种氧化钼石墨烯复合材料超级电容器的制备

一种氧化钼石墨烯复合超级电容器阳极材料的制备
摘要
在较温和体系下通过简单步骤制作一种氧化钼石墨烯复合超级电容器阳极材料
绪论
随着人类社会对能源需求的不断提高，现有的电池储能行业面临着新一轮的变革，以美国特斯拉公司为代表的科技公司选择在现有基础上通过优化电池控制模组来提高电能利用效率，但也有更多的人选择制造新的可规模应用的电池，其中最受青睐的便是超级电容器和新型锂电池。

超级电容器是介于传统电容器与二次电池之间的新型储能器件，是一种基于电极／溶液界面电化学过程的储能元件，既具有静电电容一样非常高的放电效率，又有可以与电池相比拟的电荷存储能力。

碳材料（如碳纳米管，石墨烯，活性炭等）通常由于其高比表面积、优良导电性、大功率密度、高电子传输速率等特性而被用作超级电容器的阳极材料。

其中石墨烯作为一种优秀的二维导电材料，加入锂离子电池正极材料（磷酸铁锂等）中，即可以提高电极材料的导电性，又可以包裹正极纳米颗粒，是对现有“炭黑+碳纳米管”导电剂的升级换代。

与传统的多孔碳材料相比，石墨烯：
（1）具有非常高的电导率（104~106S/m）
（2）非常大的比表面积（~2675m2/g）
（3）杨氏模量（~1TPa）
（4）断裂强度（~130GPa）
加入石墨烯导电剂的锂电池，其倍率性能、一致性和寿命都有不同程度的提高。

然而，碳材料较低的比电容(<300 F*g－¹)严重限制了超级电容器的能量密度，这意味着它们无法满足高能量和高功率密度的超级电容器的需求，石墨烯层间易堆积，降低了比表面积，同时也阻碍了电解液进入电极表面。

其他金属氧化物组成的阳极，如：V 2 O 5 , MoO 3-x , Fe 2 O 3 等则显示出了比碳材料高得多的比电容。

在这些材料之中，二氧化钼MoO2展现出了适用于负电位、非毒性、低成本、高丰度、多变量化学价和金属类电子导电率的工作窗口，使其比其他非导电金属氧化物更能吸引超级电容器的负极材料。

超电容器由于其快速充电/放电能力、超高压放电和极好的循环寿命，已被广泛研究。

最广泛报道的过渡金属氧化物包括Mn3O4、Co3O4和NiO已经显示出极好的电化学性能。

作为一种层状结构的金属氧化物，MoO 2作为一种有前途的阳极材料，由于其低的电重性、高的电化学活性和高稳定性而引起了极大的关注。

但在离子插入和提取过程中，由于大量体积变化而引起的机械降解等特性限制了其性能。

通常，碳添加剂被用作金属氧化物来克服这个问题。

研究发现，混合材料显示出有希望的电化学性能，这是由于MoO 2的高导电性和连接的纳米结构促进了电子和离子运输。

介绍还不够基本上要加上以下内容（可在相关文献的introduction中翻译）
为什么要选择石墨烯为基底材料（即石墨烯在超电应用中的优点）
为什么选择氧化钼为超级电容器材料
植酸的加入对于形貌的影响（该部分需要做XRD跟SEM后写）
实验仪器：
实验药品：
实验步骤：1、①取6ml石墨烯溶液于烧杯中，加去离子水稀释到60ml，超声处理0.5h，超声过程中搅动二至三次
②取2g钼酸铵加入烧杯中，加入40ml去离子水，超声处理0.5h，超声过程中搅动二至三
次
③向①中逐滴加入1ml植酸，超声0.5h
④将②逐滴加入到③中，磁力搅拌0.5h
⑤向④中逐滴加入0.5ml水合肼，烧杯口覆上保鲜膜，磁力搅拌3h
2、将⑤中所得物质离心，将沉淀用去离子水离心洗涤4~5次，冷冻干燥处理
3、将沉淀在H2/Ar气氛下烧灼，得到产物。

制备实验一共进行了三次。

①三次实验产物产量有所不同。

第二次实验产物要明显少于第一次制备产物，在实验药品和
其他步骤相同的情况下，第二次实验磁搅时的速率相比第一次试验时要小一些，猜想是否是因为试剂混合不均匀导致了产物产量的下降，因此做了第三次制备实验。

第三次实验的磁力转子速率调节到了一个较高的数值，离心后产物产量较多，犹胜第一次实验。

②最初的实验方案是采用真空干燥炉干燥，但是产物较轻易被吹走，因此换做冷冻干燥处理，
避免了产物的损失。

③因为产物较易分散，会有一部分产物在离心洗涤中损失
实验材料的表征与讨论：
（XRD）
（TEM、SEM）
（性能测试）
实验结论：
实验制备得到黑色细碎片状产物
在此材料的制备过程中应注意试剂的混匀和产物干燥处理的方法。

若是进行产业化制备应考虑试剂的混合方法和洗涤废液的二次利用成本。

结语
本次实验制作了一种氧化钼石墨烯复合的超级电容器阳极材料，超级电容器作为新型二次电池前景广阔，是值得我们去探索去追求去奋斗的领域，希望能与诸位前辈老师共同在这片领域中开创出一个新的局面。