超级电容器用石墨烯及其复合材料的研究
基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究共3篇
基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究共3篇基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究1基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用研究随着人们对能源需求的增加和全球环境问题的日益加剧，储能技术逐渐成为了热门的研究领域。
其中，基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用受到了广泛关注。
石墨烯是一种薄而坚硬的材料，它由单层碳原子组成。
石墨烯的特殊结构和优异性能使其在材料组合中展现出了无限的应用前景。
最近的研究表明，将石墨烯与其他材料结合起来可以显著提高其储能性能。
因此，制备基于石墨烯的复合材料已成为研究的重点。
基于石墨烯的复合材料的制备通常采用化学氧化法、还原法、溶剂剥离法等方法。
其中，化学氧化法是最常见的制备方法之一。
通过将石墨烯与某些化合物反应来实现对石墨烯的氧化，进而产生氧化石墨烯（GO）。
随后，将氧化石墨烯还原成石墨烯（rGO）并与其他材料组合制备成多层石墨烯复合材料。
在储能器件的应用中，基于石墨烯的复合材料已经被证明是一种具有潜力的电极材料。
石墨烯具有良好的导电性和纳米级的厚度，使得它可以高效的将电子导入储能器件中。
同时，它的高比表面积和良好的可调性也使得基于石墨烯的复合材料在储能器件中具有良好的性能。
例如，将石墨烯与氧化钴结合可以制备出具有良好电容性能的电极材料。
相比于传统的电极材料，基于石墨烯的复合材料能够实现更高的能量密度和更长的使用寿命。
此外，将石墨烯与其他材料复合还可以拓宽其应用范围。
例如，基于石墨烯的锂离子电池和钠离子电池电极材料也正在被研究和开发。
此外，基于石墨烯的复合材料在太阳能电池中也展示了良好的性能。
总之，基于石墨烯的复合材料的制备及其在储能器件中的应用是一个具有前途的研究领域。
未来的研究将致力于进一步优化复合材料的结构和性能，并深入挖掘其应用潜力基于石墨烯的复合材料在储能器件中具有良好的性能，拥有更高的能量密度和更长的使用寿命。
其制备方法多样且成熟，同时，将石墨烯与其他材料复合使其应用范围更加广泛。
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究
基于氧化石墨烯的超级电容器的制备和应用研究随着科技的进步，电子产品的需求在不断增长。
为了应对这一需求，电池和超级电容器的研究变得越来越重要。
超级电容器是一种新型的存储能量设备，与传统的电池相比，超级电容器拥有极高的能量密度、长寿命、快速充放电等优势。
因此，其在电子、交通、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
而基于氧化石墨烯的超级电容器具有极大的发展潜力，以下将介绍其制备和应用研究的最新进展。
一、氧化石墨烯的制备氧化石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料，化学式为C（O）OH。
氧化石墨烯的制备方法有多种，其中常用的方法包括化学氧化法、热氧化法、电化学氧化法等。
化学氧化法是目前较为常用的制备方法。
通常将石墨粉末与混合酸（硝酸和硫酸）混合，经过氧化反应后，用水洗涤和干燥即可。
热氧化法则通过将石墨粉末加热至高温下，通过氧化反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法制备出的氧化石墨烯具有较高的热稳定性和晶体品质，但是制备难度较大，成本较高。
电化学氧化法则是通过电化学反应制备氧化石墨烯材料。
这种方法可以使石墨表面的氧化程度更加均匀，制备出的氧化石墨烯具有良好的电化学性能。
二、基于氧化石墨烯的超级电容器的研究进展基于氧化石墨烯的超级电容器研究起步较晚，但是得到了长足的发展。
氧化石墨烯的独特结构和性质使得基于其材料制备的超级电容器具有优异的性能，例如：高能量密度、高功率密度、长寿命等特点。
1. 氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料氧化石墨烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯（PVB）复合材料是目前研究较为成熟的氧化石墨烯超级电容器材料。
这种材料的优点在于氧化石墨烯的导电性和PVB的柔软性、韧性结合在了一起，既能够提高超级电容器的能量密度，又能有效延长电容器的使用寿命。
2. 氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料氧化石墨烯/多孔碳材料复合材料也是一种目前研究较为活跃的氧化石墨烯超级电容器材料。
通过将氧化石墨烯与多孔碳材料结合，能够有效提高超级电容器的能量密度和功率密度，并且提高超级电容器的使用寿命。
二硫化钼-石墨烯复合材料制备及其电化学性能研究
二硫化钼-石墨烯复合材料制备及其电化学性能探究二硫化钼/石墨烯复合材料制备及其电化学性能探究摘要：二硫化钼/石墨烯复合材料因其奇特的结构和优异的性能，在电化学领域引起了广泛的探究爱好。
本文以石墨烯为载体，通过化学气相沉积法制备了二硫化钼/石墨烯复合材料，并对其电化学性能进行了探究。
结果表明，二硫化钼/石墨烯复合材料具有优异的电化学性能，可作为超级电容器、锂离子电池等能量储存和转化器件的抱负材料。
引言：随着能源危机和环境污染问题的日益加剧，新型的高性能电化学能源储存器件得到了广泛的探究。
二硫化钼( MoS2 ) 作为一种典型的层状过渡金属硫化物，具有优异的物理和化学性能，被广泛应用于电化学储能领域。
然而，MoS2 的电导率较低，对电化学性能的提升有一定的限制。
为了克服这一问题，石墨烯被引入到MoS2 中，形成二硫化钼/石墨烯复合材料，以提高其电导率和电化学性能。
试验部分：1. 试验材料与仪器本试验所使用的材料包括二硫化钼纳米粉末、石墨烯氧化物纳米片以及乙醇等，试验仪器包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电化学工作站等。
2. 二硫化钼/石墨烯复合材料的制备起首制备石墨烯氧化物纳米片，将石墨烯氧化物纳米片与二硫化钼纳米粉末混合，并在惰性气氛下进行高温还原，最后得到二硫化钼/石墨烯复合材料。
结果与谈论：通过SEM和TEM观察，可以看到制备得到的二硫化钼/石墨烯复合材料呈现出层状结构，并且石墨烯片层与二硫化钼纳米粉末之间有良好的结合。
这种结构为复合材料的电化学性能提供了良好的导电通道，并增加了电极与电解质之间的接触面积。
进一步的电化学性能测试表明，二硫化钼/石墨烯复合材料在循环伏安曲线和恒流充放电测试中呈现出优异的性能。
其具有较高的比电容和循环稳定性，表明其具有较好的能量储存和转化性能。
同时，该复合材料还具有快速充放电反应速度和良好的电化学活性，能够在短时间内实现高效能量输出。
结论：本文成功制备了二硫化钼/石墨烯复合材料，并对其电化学性能进行了探究。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯复合材料应用研究进展
石墨烯复合材料应用研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的物理、化学和电子性能，引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯具有出色的电导性、热导性、力学性能和化学稳定性，因此在诸多领域具有广阔的应用前景。
随着科技的进步，石墨烯已不再是单一使用的材料，而是逐渐与其他材料复合，形成石墨烯复合材料，以进一步拓展其应用范围和提升性能。
本文旨在对石墨烯复合材料的应用研究进展进行系统的梳理和总结。
我们将首先概述石墨烯及其复合材料的基本性质，然后分析石墨烯复合材料在能源、环境、生物医学、电子信息等领域的最新研究进展，探讨其实际应用中所面临的挑战和解决方案。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解石墨烯复合材料应用研究的平台，为未来的科研工作和产业发展提供有益的参考。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质，在能源、环境、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。
而制备方法的选择和优化对于实现石墨烯复合材料的优良性能和应用潜力至关重要。
目前，石墨烯复合材料的制备方法主要包括溶液混合法、原位生长法、熔融共混法以及气相沉积法等。
溶液混合法是最常见且简单的制备石墨烯复合材料的方法之一。
通过将石墨烯粉末或溶液与基体材料溶液混合，再利用超声、搅拌等手段使其均匀分散，最后通过干燥、热处理等步骤得到复合材料。
这种方法操作简单，但需要注意的是石墨烯在溶液中的分散性和稳定性。
原位生长法是通过在基体材料表面或内部直接生长石墨烯纳米片的方法。
通常利用化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在基体材料表面引入碳源，在高温条件下使其分解并生成石墨烯。
这种方法制备的石墨烯与基体材料结合紧密，但制备过程相对复杂，成本较高。
熔融共混法是将石墨烯与熔融状态的基体材料混合，通过剪切力使石墨烯均匀分散在基体材料中。
这种方法适用于高温熔融的聚合物基体材料，制备得到的石墨烯复合材料具有较好的机械性能和热稳定性。
石墨烯／氧化锰／聚苯胺微纳米复合材料的制备及其超级电容器性质的研究
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｉｏ ｔ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ａｐ ｃ ａ ｄｔ ｏ ｒ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ
Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ Ｍｎ ＯＪ Ｐｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ 。 ＿ ＿ － Ｎａ ｎ ｏ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ ｍａ ｎｇ ａ ｎ ｅ ｓ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ・ ／ ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — — ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ
要 ：本文主要对石墨烯／ 氧化锰／ 聚苯胺微纳米复合物作 为超级 电容 器电极材料 的制备及其 电容性质进行 了研 究。红 外
光谱 、ｘ一 射线光电子能谱 和扫描 电镜等测试结果表 明 已成 功合成 了三元微纳米复合物。通过循环伏安测试和恒电流充放 电
测试表明石墨烯与氧化锰 以 １： ５ 的质量 比进行复合得 到的产物电化 学储 能性质最好 。三元复合 时，随着苯胺的增加 ，三元 复合物的充放 电时间逐渐增 长，苯胺与石 墨烯／ 氧化锰 复合材料的质量比为２： １ 时 ，复合物的 比电容为 ３ １ １ Ｆ ／ ｇ ，比石墨烯／ 氧化锰的比电容 （ １ ７ １ Ｆ ／ ｇ ）高出近一倍 ，由此 可知 ，聚苯胺的加入显著提 高了二元复合 物的比电容。 关键词 ：超级电容器；石墨烯 ；复合 材料 中图分类号 ： ０６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ２ ～ ９ ８ ７ Ｏ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ６ 一Ｏ ０ ９ Ｏ 一 ０ ３
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究
超级电容器复合电极材料制备及电化学性能研究1. 本文概述随着现代科技的发展，能源存储技术正面临着前所未有的挑战和机遇。
超级电容器作为一种重要的能源存储设备，因其高功率密度、快速充放电能力、长寿命周期和环境友好性而受到广泛关注。
在超级电容器的构造中，复合电极材料的研发尤为关键，其直接决定了超级电容器的电化学性能和整体效能。
本文旨在探讨超级电容器复合电极材料的制备方法及其电化学性能。
本文将对目前广泛研究的几种复合电极材料，如碳材料、金属氧化物、导电聚合物等，进行系统的综述。
这些材料在超级电容器中的应用优势和面临的挑战将被详细讨论。
接着，本文将重点介绍几种创新的复合电极材料制备技术，包括化学气相沉积、水热合成、溶胶凝胶法等。
这些方法在制备过程中对材料结构和形貌的控制，以及对电化学性能的影响将被深入分析。
本文将通过实验数据，评估所制备的复合电极材料在超级电容器中的实际应用性能，包括比电容、能量密度、循环稳定性等关键指标。
通过这些研究，本文旨在为超级电容器复合电极材料的发展提供新的视角和技术路径，推动能源存储技术的进步。
2. 文献综述超级电容器，也称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的能量存储设备。
它们的主要特点是具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电能力。
超级电容器的储能机制主要是双电层电容，涉及电极材料与电解质之间的电荷分离。
这一领域的研究起始于20世纪50年代，随着材料科学和电化学技术的进步，超级电容器在能量存储领域的重要性日益凸显。
超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料的性质。
近年来，研究者们广泛关注复合电极材料，因其能够结合不同材料的优点，从而提高超级电容器的整体性能。
常见的复合电极材料包括碳基材料、金属氧化物、导电聚合物等。
这些材料通过不同的复合策略（如物理混合、化学接枝、层层自组装等）进行组合，旨在提高比电容、能量密度和循环稳定性。
电化学性能是评估超级电容器电极材料的关键指标。
《2024年石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》范文
《石墨烯的制备及在超级电容器中的应用》篇一一、引言随着科技的进步，纳米材料的应用已经引起了科学界的广泛关注。
在众多纳米材料中，石墨烯因其独特的物理、化学性质，特别是其超高的电导率和极大的比表面积，已成为近年来材料科学领域的研究热点。
本篇论文旨在深入探讨石墨烯的制备方法以及其在超级电容器中的应用。
二、石墨烯的制备石墨烯的制备方法多种多样，常见的包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等。
1. 机械剥离法：此方法主要是通过机械力将石墨薄片剥离成单层或多层石墨烯。
此法虽然可以制备出高质量的石墨烯，但生产效率较低，不适合大规模生产。
2. 化学气相沉积法：此法通过在高温条件下使气体中的碳原子在基底上沉积形成石墨烯。
此法可以制备大面积的石墨烯，但制备过程需要高温和特定的气体环境。
3. 氧化还原法：此法首先通过强酸等化学试剂将天然石墨氧化，形成氧化石墨（GO），然后通过还原GO得到石墨烯。
此法生产效率高，成本低，适合大规模生产。
三、石墨烯在超级电容器中的应用超级电容器是一种具有高能量密度和高功率密度的储能器件，而石墨烯因其独特的物理性质，使其成为超级电容器的理想材料。
1. 石墨烯的电化学性质：石墨烯具有超高的比表面积和良好的导电性，这使其在电化学反应中能够提供更多的活性位点，从而提高电容器的电容量。
2. 石墨烯在超级电容器中的应用：由于石墨烯的优异性能，其被广泛应用于超级电容器的电极材料。
在电极中，石墨烯不仅可以提供大量的电荷传输通道，还可以通过其大比表面积提供更多的电荷存储空间。
此外，石墨烯的优异导电性可以降低电极的内阻，从而提高电容器的充放电速率。
四、结论随着科技的发展，石墨烯的制备技术已经越来越成熟，其在超级电容器中的应用也越来越广泛。
未来，随着对石墨烯性能的深入研究以及制备技术的进一步优化，石墨烯在超级电容器以及其他领域的应用将更加广泛。
同时，我们也需要关注到石墨烯在实际应用中可能面临的问题和挑战，如成本、环境影响等，以期在未来的研究中找到更好的解决方案。
基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究_石吉磊
基于石墨烯材料的柔性超级电容器研究石吉磊，杜文城，殷雅侠，郭玉国*，万立骏*中国科学院化学研究所，北京，100190,*Email: ygguo@, wanlijun@随着电子科技的迅速发展，柔性电子器件正逐渐进入人们的生活。
柔性电子器件的实现需要柔性电源的驱动。
因此发展可弯曲，高性能的柔性储能器件变得尤为必要。
超级电容器作为新型的高性能电化学储能器件已经得到广泛研究和应用。
可弯曲甚至可折叠的柔性超级电容器正逐渐成为一个趋势。
石墨烯作为最新形态的碳单质，具有一系列优越的物理化学性能，以及易于制备柔性材料。
因此，石墨烯基材料成为制备柔性储能器件的理想材料。
我们通过简单的水热技术制备了一种3D有序的石墨烯基材料并用于构建柔性超级电容器器件[1]。
所制备的柔性超级电容器器件表现出高的比电容（220F g-1），优良的柔性以及循环稳定性。
弯曲状态下循环10000圈比电容保持率大于80%。
这一优良的电化学性能主要归因于其有序的3D结构有利于离子的快速传输。
此外，该材料的合成过程及柔性电极片的制备均简单、环境友好、具备普适性，不仅可以用于制备超级电容器电极材料也可应用于柔性锂离子电池等领域。
Fig. 1 (a) Nyquist plots of rGO and H-rGO, (b)H-rGO both normal and bending state Cyclic voltammograms at a scan rate of 200 mV s-1 (c), (d) Two H-rGO devices connected in series can power the digital temperature and humidity meter at both normal and bending state. (e) H-rGO 10,000 cycles at a scan rate of 200 mV s-1under bending state.关键词：石墨烯；柔性；超级电容器参考文献[1] Shi J. L.; Du W. C.; Yin Y. X.; Guo Y. G.; Wan L. J., J. Mater. Chem. A, 2014, DOI: 10.1039/C4TA01547A, in press.Graphene-based materials for flexible supercapacitor devices Ji-Lei Shi, Wen-Cheng Du , Ya-Xia Yin, Yu-Guo Guo* and Li-Jun Wan *Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190In our work, a facile hydrothermal reduction of self-assembled 3D graphene oxide (GO) is reported. Binder-free flexible supercapacitor is fabricated using the as-obtained 3D graphene, which exhibits high gravimetric capacitance (up to 220 F g–1) and excellent cycle stability with >80% capacitance retention over 10,000 cycles under bending state.。
高性能石墨烯材料在超级电容器中的应用
高性能石墨烯材料在超级电容器中的应用随着科技的快速发展，人们对储能技术的需求也越来越高。
传统电池的能量密度相对较低，而超级电容器由于具有高能量密度、快速充放电和长寿命等特点，逐渐成为储能技术研究的焦点领域之一。
在超级电容器的研究中，石墨烯材料表现出了令人瞩目的应用潜力，具有了广泛的应用前景。
1. 背景介绍超级电容器是一种以电吸附和电双层电容为储能机制的设备。
它能以高速率吸附和释放电荷，储能效率高，循环寿命长，是现代电子器件和电力系统中理想的储能技术之一。
然而，传统超级电容器的能量密度相对较低，限制了其在实际应用中的推广。
2. 石墨烯材料在超级电容器中的优势石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维材料，具有出色的电学、光学、导热和机械性能。
这些特性使得石墨烯成为超级电容器领域的研究热点。
使用石墨烯材料制备的超级电容器相比传统电容器具有以下优势：2.1 高能量密度石墨烯的大表面积和高电导率使得其能够存储更多的电荷。
其高比表面积可以提供更多的吸附位点，从而增加了电荷的储存量。
与此同时，石墨烯的高电导率也能够有效地减少电池内阻，提高能量转化效率。
2.2 快速充放电速度石墨烯的高电导率和低内阻使得超级电容器具有快速充放电的特点。
相比传统超级电容器，石墨烯材料能够更快地吸附和释放电荷，从而实现高速充电和高速放电。
2.3 长循环寿命传统超级电容器的循环寿命较短，会在充放电循环过程中出现性能衰减。
而石墨烯具有出色的力学稳定性和化学稳定性，能够有效地抵抗充放电过程中的机械和化学破坏，从而延长超级电容器的寿命。
3. 石墨烯材料在超级电容器中的应用案例随着对石墨烯材料性能了解的进一步加深，科学家们不断探索石墨烯在超级电容器中的应用。
以下是一些石墨烯材料在超级电容器领域的应用案例：3.1 改进电解液结构石墨烯材料能够通过调控电解液组分和结构，提高电解液的电导率和离子迁移速率。
通过在超级电容器的电解液中添加适量的石墨烯材料，可以有效地提高超级电容器的能量密度和充放电速度。
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究1石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构材料，具有独特的电学、光学、热学和机械性质。
自2004年它被首次发现以来，它的研究成果一直是纳米科学和材料科学最活跃的领域之一。
石墨烯具有很高的载流子迁移率、良好的机械强度和高比表面积，因此在传感器、电子器件、能量存储装置、超级电容器、太阳能电池、催化剂和生物医学传感器等领域具有广泛的应用。
本文旨在介绍石墨烯及其复合材料的制备方法、性质及其应用研究进展。
石墨烯的制备有许多方法，包括机械剥离、化学气相沉积、物理气相沉积、化学还原、流体力学剥离和微波辐射法等。
其中，机械剥离法是第一个制备单层石墨烯的方法，虽然成本低、易于实现，但需要大量时间和劳动力，并存在控制问题。
化学还原法则采用氧化石墨的还原，得到具有一定缺陷的石墨烯，且杂质易残留影响性质。
化学气相沉积法制备石墨烯具有高晶格载流子迁移率、具有极高的缺陷密度的石墨烯，但过程复杂，成本高。
物理气相沉积法适合生产无缺陷石墨烯，但难以控制多层石墨烯形成、且温度高，影响成品质量。
流体力学剥离法利用石墨烯的自身表面张力减小形成薄膜，但制备过程仍需要控制单层厚度。
微波辐射法是最新的石墨烯制备方法，采用微波对石墨进行瞬间加热、膨胀、冷却制备大面积石墨烯，具有制备速度快、质量好、颗粒易于控制等优点。
石墨烯的独特性质使其在许多应用中具有广阔的前景。
首先，在电子领域，石墨烯可以用来制造微电子器件、包括场效应晶体管、半导体和光电器件等。
FET型石墨烯晶体管基于石墨烯中载流子迁移率的高值，值得在短时间获得了重大的研究进展；二维电子系统(2DEG)可以用于制造高速逻辑电路和高灵敏感受器。
其次，在传感器领域，石墨烯表现出高度灵敏性，可以用于制造各种传感器，如光学传感器、生物传感器等。
此外，石墨烯还可以用于制造锂离子电池、超级电容器、声波马达等能量存储装置中。
石墨烯制成的超级电容器将取代电池
俄亥俄州代顿市Nanotek Instruments公司新研制的石墨烯超级电容器，单位质量可储存的能量相当于镍氢电池，打破了世界纪录，而且充电或放电只需要短短几分钟、甚至几秒钟，有望取代电池。
相关研究论文发表在Nano Letter上。
该超级电容器电极的制备采用了石墨烯，混合5%的超级P(一种乙炔黑，作用相当于导电添加剂)和10%的聚四氟乙烯(PTFE)结合剂。
研究人员把产生的悬浮液涂在集电器表面，把硬币大小的电容器安装在隔离箱里。
电解质-电极界面的制备，采用了“Celguard隔膜-3501”，而电解液是一种化学品，叫做EMIMBF4。
该公司对硬币大小超级电容器的测试表明，石墨烯电极的超级电容器的能量密度为85.6 Wh/kg，而镍氢电池和锂离子电池分别为40-100 Wh/kg和120 Wh/kg，这是有史以来基于碳纳米材料的双电层超级电容器所达到的最高值。
研究小组成员还包括来自Angstron材料研究所的科学家，他们正在努力工作以进一步提高超级电容器的能量密度。
电容器电极材料研制方面取得系列进展。
超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种新型储能器件，具有绿色环保、充电时间短、使用寿命长和工作温度范围宽等优点，其核心部件是性能优异的电极材料。
石墨烯片（GS），作为一种新型的碳材料，具有良好的导电性和大的比表面积，预计将其作为超级电容器的电极材料具有广阔的应用前景。
但是纯石墨烯表面缺少功能基团导致其很难与其它材料复合或在器件上进行组装，从而限制了其深入应用。
因此，对石墨烯表面进行化学修饰以便于获得各种功能复合材料是当前研究的一个热点。
图1：不同PANi含量的PSS-GS/PANi“纸”电极（左）和PSS-GS与PANi纳米纤维之间的静电吸附示意图（右）图2 ：PSS-GS与二氧化锰在基底上的层层自组装示意图固体润滑国家重点实验室研究人员利用化学修饰后的石墨烯（PSS-GS）与聚苯胺（PANi）纳米纤维之间的静电吸附作用，制备了PSS-GS/PANi 复合材料胶体溶液，然后抽虑成膜得到了柔性的PSS-GS/PANi复合“纸”电极材料。
基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状
基于石墨烯基复合材料的超级电容器研究现状超级电容器是一种发展成本低、环境友好、能量密度高的新型绿色能源装置，具有充电时间短、放电速度快、使用寿命长、节约能源和绿色环保等优点，得到了科学界的一致追捧，而影响超级电容器最关键的因素就是电极材料的性能。
过渡金属氧化物如Mn02，ZnO，C0304和NiO等虽是较好的电极材料，但导电性能较差，会产生较大的内阻，使得在充放电过程中，容易导致电极材料结构的破坏而影响其充放电容量和循环性能。
将过渡金属负载到碳材料例如石墨烯上可以较好的解决这一难题，这方面研究国内外已有很多相关报道。
作为碳材料中重要的一员，石墨烯由于导电性能强、导热性好、质量轻、比表面积大而备受关注，在储能装置、电化学器件、功能性复合材料等方面都具有重要的应用。
将石墨烯应用到超级电容器上，改善了超级电容器的电容量和循环稳定性。
但石墨烯层与层之间的分子问作用力导致石墨烯容易团聚，从而降低了石墨烯的比表面积和比容量。
将过渡金属氧化物和石墨烯组装成复合材料，既能提高电极材料的导电性和充放电容量，又能增强其循环稳定性。
1过渡金属氧化物与石墨烯复合材料在超级电容器中的应用1．1二氧化锰／石墨烯在超级电容器的研究中，锰作为过渡元素较先受到关注。
虽然它资源比较丰富，且易获取，但电化学性能较弱，尤其是导电性能差阻碍了人们进一步研究的步伐。
通过与石墨烯的复合，能在一定程度上改善二氧化锰存在的问题，大幅度提高其比电容和循环性能。
Li等制备的石墨烯／Mn02复合纸电极具有无黏结剂、柔韧性好的特性，并发现其具有良好的循环稳定性，且在浓度为0．1 mol／L 的Na2SO4水溶液中，当电极的Mn02含量为24％，电流密度为O．5 A ／g时，该复合纸电极的比容量为256 F/g。
Wei等通过高锰酸钾还原成二氧化锰沉积在石墨烯表面制备出了二氧化锰／石墨烯复合材料，该复合材料在超级电容器性能测试中显示了较好的循环寿命，其电容为114 F／g。
石墨烯基超级电容器研究
［ ３ １ Ｙ ．Ｈ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｅ ｚ ，Ｖ ．Ｎ ｉ ｃ ｏ ｌ ｏ ｓ ｉ ，Ｍ．Ｌ ｏ ｔ ｙ ａ ，Ｈ ｉ ｇ ｈ － ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｂ ｙ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ — ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｅ ｘ ｆ ｏ ｌ ｉ ￣ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ［ Ｊ ］ ．Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｎ ａ ｎ —
一Байду номын сангаас
，
料具 有 更 高 的 电容量 ， 其 中碳 纳米 管 与 石 墨烯 的复 合材 料 电容 量 高 达７ ３ ０ ｍ Ａ ｈ ／ ｇ ， Ｃ 与石 墨烯的复合材料 的电容量 高达 ７ ８ ４ ｍ Ａ ｈ ／ ｇ ， 并 且研究发现石 墨烯层数越少 ， 层 间距越大 ， 越容易掺杂提高 电池性 能 。因此 ， 石 墨烯 材 料 在 电池 电极 材 料 应 用 方面 显 示 出 了诱 人 的前 景， 但 目前 的石墨烯层数不 可控 ， 制备出尺寸可控 的石墨烯材料并 对其有效掺杂 ， 有望开发出性能优异的超级 电容器 。 ３结束语 在超 级 电容 器研 究 中 ， 过 渡 金属 氧 化 物 电极 的 比容 量 可达 到 碳 电极材料 的 １ ０ — １ ０ ０倍 ， 金属氧化物 电极材料在制备上采取掺杂 、 纳 米化等特殊处理 ， 可 以有 比碳电极 电容器更好的性 能 ， 有 良好 的发 展 前 景 。采 用石 墨 烯 大 的 比表 面积 和 高 的 电导 率 ， 经 金 属 氧化 物 掺 杂处理有望得到高能量密度 、 高效率 、 使 用寿命长和低成本 的石墨 烯 基 超级 电容 器 ， 为微 纳 电子 工 业 发展 及 汽 车 等机 动 设 备 和 器件 的 发展提供重要的能源动力基础 。
石墨烯复合材料在超级电容器中的进展
Value Engineering碳元素广泛存在于自然界，除了最为人们所熟知的石墨和金刚石外，1985年发现的富勒烯和1991年发现的碳纳米管扩大了碳材料的家族。
也使人们对碳元素的多样性有了更深刻的认识。
同时，富勒烯和碳纳米管所引发的纳米科技对人类社的发展在未来有着极其重大的意义。
作为碳材料中最新的一员—石墨烯是拥有sp2杂化轨道的二维碳原子晶体，由英国曼彻斯特大学的Geim等[1]于2004年发现，并能稳定存在，这是目前世界上最薄的材料—单原子厚度的材料。
石墨烯不仅有优异的电学性能（室温下电子迁移率可达200000cm2V-1s-1）[2]，质量轻，导热性好（5000Wm-1K-1）[3]，比表面积大（2630m2g-1）[4]，它的杨氏模量（1100GPa）和断裂强度（125GPa）[5]也可与碳纳米管相媲美，而且还具有一些独特的性能，如量子霍尔效应、量子隧穿效应[6]等。
由于以上独特的纳米结构和优异的性能，石墨烯可应用于许多的先进材料与器件中，如薄膜材料[7]、储能材料[4]、液晶材料[8]、机械谐振器[9]等。
石墨烯是单层石墨，原料易得，所以价格便宜，不像碳纳米管那样价格昂贵，因此石墨烯有望代替碳纳米管成为聚合物基碳纳米复合材料的优质填料。
在石墨烯诸多性质中，其中比表面积高和导电性好，最重要的是石墨烯本身的电容为21μF/cm2，达到了所有碳基双电层电容器的上限，这比其他碳材料都要高，是制造超级电容器的理想材料。
超级电容器（Supercapacitors），也叫电化学电容器（Electrochemical capacitors）是一种能量密度和功率密度介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，超级电容器兼具蓄电池和传统电容器的优点，如能量密度高、功率密度高、可快速充放电、循环寿命长、具有瞬时大电流放电及对环境无污染等特性，是近十年来发展起来的新型储能、节能设备。
由于石墨烯是理想的超级电容器填充材料，所以将其与其他材料复合来制备超级电容器材料备受大家关注。
电化学储能中石墨烯材料的应用研究
电化学储能中石墨烯材料的应用研究随着全球对节能减排和可再生能源的追求，储能技术得到了广泛的关注和研究。
电化学储能技术是其中一种重要的储能方式。
石墨烯作为一种新型的纳米材料，因其独特的结构和性质，成为电化学储能领域中备受关注的材料。
一、石墨烯材料的特性及其在电化学储能中的应用石墨烯是由碳原子构成的超薄二维材料，具有高比表面积、高电导率、高物理化学稳定性和优异的电化学性能，因此成为电化学储能中的重要材料。
1.1高比表面积石墨烯单层结构的比表面积极高，达到了2630平方米/克，是传统电极材料如金属和碳的几倍，这使得石墨烯能够提高电极表面的反应活性，增强储能效果。
1.2高电导率石墨烯的导电性能极强，理论上可以达到电阻率为0的状态。
这种导电性能可以使石墨烯作为电极材料，存在低内阻的相对优势，从而提高电化学储能的效率。
1.3电化学稳定性在电化学反应中，材料容易受到化学反应的影响并且遭受损坏，从而影响储能性能。
然而，石墨烯的结构十分稳定，在多数实验条件下不容易受到化学反应的影响，保持良好的电化学性能稳定性。
1.4优异电化学性能石墨烯材料在电化学储能中也表现出了优异的性能，如高效的离子传输和储存，较长的循环寿命等。
这些性能可以使石墨烯在不同类型的电化学储能设备中有广泛的应用。
二、石墨烯材料在锂离子电池中的应用锂离子电池是一种广泛使用的电化学储能设备，其电极材料对储能性能起着决定性作用。
目前，石墨烯被广泛研究用作锂离子电池的电极材料，以期提高储能效率。
2.1 石墨烯作为负极材料目前，商用锂离子电池的负极材料多采用石墨材料。
石墨烯有着比石墨更高的比表面积和导电性能，可以提高电池储能密度，减少电极材料的体积和重量。
同时，石墨烯作为电化学储能材料具有高的可逆容量，循环寿命长，这些优点使得石墨烯在实际应用中有广泛的应用前景。
2.2 石墨烯作为正极材料锂离子电池的正极材料主要是金属氧化物类材料，如钴酸锂、锰酸锂、三元材料等。
《石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究》
《石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究》石墨烯-导电聚合物复合材料的制备及其电化学性能的研究摘要：本文研究了石墨烯与导电聚合物复合材料的制备方法，并对其电化学性能进行了深入探讨。
通过合理的制备工艺，我们成功制备了具有优异导电性能和电化学稳定性的复合材料。
本文详细描述了实验过程、结果及分析，以期为相关研究提供有益的参考。
一、引言随着科技的发展，石墨烯因其独特的物理和化学性质，在材料科学领域引起了广泛的关注。
石墨烯与导电聚合物的复合材料因其在电化学储能、传感器、电磁屏蔽等领域的潜在应用价值，成为了研究的热点。
本文旨在研究石墨烯/导电聚合物复合材料的制备方法及其电化学性能。
二、实验材料与方法1. 材料准备实验所需材料包括石墨烯、导电聚合物（如聚吡咯、聚苯胺等）、溶剂（如乙醇、水等）以及其他添加剂。
2. 制备方法采用溶液混合法或原位聚合法制备石墨烯/导电聚合物复合材料。
具体步骤包括：将石墨烯与导电聚合物在溶剂中混合，并通过搅拌或超声处理使两者充分混合；然后进行聚合反应，得到复合材料。
三、电化学性能测试通过循环伏安法（CV）、恒流充放电测试、电化学阻抗谱（EIS）等方法，对制备的复合材料进行电化学性能测试。
四、结果与讨论1. 制备结果通过优化制备工艺，我们成功制备了具有良好分散性和导电性能的石墨烯/导电聚合物复合材料。
SEM和TEM结果表明，石墨烯与导电聚合物在纳米尺度上实现了良好的复合。
2. 电化学性能分析（1）循环伏安法（CV）测试：复合材料在充放电过程中表现出稳定的电化学行为，无明显极化现象。
（2）恒流充放电测试：复合材料具有较高的比电容和优异的循环稳定性。
在一定的电流密度下，其比电容随循环次数的增加而略有增加，表现出良好的充放电性能。
（3）电化学阻抗谱（EIS）分析：复合材料的内阻较小，电子传递速度快，表现出优异的电导率和良好的电荷传输能力。
通过分析不同因素（如石墨烯含量、聚合条件等）对电化学性能的影响，我们发现合理的复合比例和制备工艺是获得高性能复合材料的关键。
石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究
石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究摘要：石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料，具有完美的晶体结构和出色的物理和化学性能。
石墨烯独特的电、热、光学和机械性能，在电子、导热材料、气体传感器、光敏元件和环境科学中具有广泛的潜在应用。
由于其潜在的实际应用价值。
本文概述了石墨烯制备的方法，介绍了石墨烯电极材料、环境吸附材料领域的应用。
并进一步对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景做出了分析。
关键词：石墨烯；纳米复合材料；制备石墨烯是纳米复合材料研究中相对重要的材料。
纳米石墨烯复合材料具有更高的制备要求。
目的是生产可用于生物、机械和其他生产领域的高质量、高性能材料，发挥纳米石墨烯复合材料的适用性。
目前，就石墨烯复合材料的制备而言，纳米复合材料的制备是主要的发展趋势。
在当今的各个领域，纳米石墨烯复合材料具有非常明显的优势，并具有良好的发展前景。
因此，纳米石墨烯复合材料的制备和应用也受到越来越多的关注。
一、石墨烯复合材料的制备（一）熔融共混法制备通过熔融共混法制备纳米石墨烯复合材料，实际上是借助高温和高剪切力，将石墨烯或氧化石墨烯分散在聚合物基质中。
由于在使用该方法的纳米石墨烯复合材料的制造过程中不需要溶剂，因此非常适用于极性和非极性聚合物。
研究表明，在以单层或多层形式均匀分布的PET（石墨烯）基质中，基质中可能会出现卷曲和皱褶。
以栅格的形式，大大提高了复合材料的导电性。
当PET基体的石墨烯含量达到3vol%时，复合材料的最大电导率可以达到2.11S/m，这与目前电磁屏蔽领域对石墨烯复合材料的需求一致。
通过这种制造方法，一些专家和学者已经制成了高导电复合材料，例如分离的石墨烯-多壁纳米管/超高分子量聚乙烯，它们的导电率非常高，并且其导电渗透率低，仅为0.039vot%[1]。
（二）溶液混合法制备通过溶液混合法制备纳米石墨烯复合材料,实际上是指在溶剂的作用下,将聚合物分子插入GO片材后，通过还原制备纳米石墨烯复合材料。
用于超级电容器的高性能石墨烯CoMoO_(4)复合电极
05025樊泽文等：用于超级电容器的高性能石墨烯/CoMo（）复合电极文章编号：1001-9731（2021）05-05025-08用于超级电容器的高性能石墨烯/C0M0O4复合电极*樊泽文，任晶，任瑞鹏，吕永康（太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室，太原030024）摘要：高性能超级电容器电极材料的开发对于缓解当前的能源危机势在必行，设计和优化混合过渡金属氧化物并研究电化学性能和循环寿命对于超级电容器的实际应用至关重要。
在已开发的混合过渡金属氧化物中，由于电活性材料的导电率差并且与电解质的接触受限制，大大限制了所制备电极的电化学性能。
我们在本文中提出了一种合成石墨烯/CoMoO,纳米片的有利设计，使活性材料均匀生长在三维石墨烯泡沫的网状骨架上，充分提高了活性材料的利用率，其独特的结构也增加了电活性材料与电解质界面之间的接触，使赝电容反应充分发生。
由于石墨烯的高电子传输速率和CoMoO,纳米片的高活性，三维复合电极具有出色的电化学性能，具有相对较高的面积比电容（在1mA cm2下为2737mF cm2）和出色的循环稳定性（在10mA cm2下进行4000次循环后，保留原始比电容的81.76%）这些出色的结果表明,石墨烯/CoMo（O纳米片复合材料具有巨大的潜力，可作为高性能超级电容器的电极材料。
关键词：石墨烯；C o M o（）4；纳米片；超级电容器中图分类号：TB332文献标识码:A0引言全球不可再生能源正在迅速消耗，并带来了各种例如极端气候变化等不利情况。
地球上现有的可再生资源，例如太阳能和风能，在使用中存在一个关键缺陷：不能连续使用。
可持续可再生能源的研究和开发已经迫在眉睫，电池和电化学电容器作为现当今的两大能量存储系统已被广泛研究［3］。
与电化学电池和燃料电池相比，基于电化学电容器的储能设备具有更高的功率密度，更快的充放电能力，更长的循环寿命,以及更高的使用寿命［47］。
其中，基于碳基活性材料的双电层电容器的能量密度非常低，因此当前大多数研究集中在贋电容器上。
石墨烯基复合材料制备与性能研究
石墨烯基复合材料制备与性能研究石墨烯是由一个碳原子单层构成的二维材料，具有优异的力学、电学、光学、热学和生物学等性能，是目前发现的最薄和最强的材料之一。
因此，石墨烯被广泛应用于电池、超级电容器、生物传感器、透明导电膜等领域，但石墨烯自身的应力和高成本限制了其更广泛的应用。
为了克服这些障碍，人们着手研究石墨烯基复合材料。
1. 石墨烯基复合材料的制备方法从文献中我们可以发现，制备石墨烯基复合材料的方法非常多，但可将其归结为以下几类：(1) 溶液法：其制备流程通常涉及将石墨烯加入有机溶剂中形成石墨烯溶液，然后加入所需的复合物质、表面活性剂、还原剂等，并经过加热、搅拌、干燥等处理最终得到复合材料。
(2) 机械混合法：可将石墨烯和填料一起混合，通过高效混合机进行均匀混合后，经过成型、加热固化等处理，形成复合材料。
(3) 化学气相沉积法：通常需要通过化学气相沉积方法在基底上制备出石墨烯，再通过化学气相沉积方法，向体内注入金属或无机复合材料，通过快速冷却使其形成复合材料。
2. 石墨烯基复合材料的性能研究石墨烯作为基材，通过复合改性可以克服石墨烯自身应力和高成本等缺点，提高材料的力学、电学、光学、热学等性能。
在不同领域的应用中，需要对其性能进行深入的研究。
(1) 电学性能石墨烯基复合材料的电学性能的研究已成为了近年来的重点和热点。
石墨烯本身具有非常好的电导率和透明度，而在复合材料中加入其他材料可以影响电子输运和电荷转移，从而改善其电学特性。
由于石墨烯自身具有的高电导率和高比表面积，使其与其他电极材料进行复合能够提高电池的储能密度、延长电池寿命。
(2) 光学性能石墨烯具有卓越的光学性能，具有很高的透明度、折射率和吸收率。
当石墨烯和其他材料进行复合时，在外部光的作用下，可产生显著的光学效应，如表面等离子共振、光学透镜、光学波导等。
这些石墨烯复合材料的光学效应将对可穿戴设备、生物医学、能源等领域的新型材料和器件产生重要的应用价值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
重庆大学硕士位论文
（学术学位）
学生姓名：宋宏芳 指导教师：李新禄 副教授 专 业：材料科学与工程
学科门类：工 学
重庆大学材料科学与工程学院
二 O 一三年五月
Investgation on Graphene and Its Composite Materials for Supercapacitors
IV
目
录
目
录
中文摘要 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·I 英文摘要 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·III 1 绪 论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1
III
重庆大学硕士学位论文
but also act as a flexible substrate for the MnO2 nanowire arrays, while the MnO2 nanowire arrays serve as high-capacity hosts and facilitate the electrolyte ion penetration. The composite exhibit high-capacitance performance (276 F g-1 at 0.5 A g-1), excellent rate capability(62.7% capacity retention at 60 A g-1), meanwhile maintaining an excellent cycling stability (no degradation after 1200 cycles) and a maximum power density of 21.6 kW kg-1. Keywords: Supercapacitors, Electrode materials, Graphene nanosheets, polyaniline, MnO2
School of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing, China May, 2013
中文摘要
摘
要
超级电容器具有较高的功率密度和能量密度等优点，成为当前广泛研究的新 型能量存储器件。超级电容器的性能主要取决于电极材料，多孔碳，导电聚合物 和过渡金属氧化物被广泛地用作超级电容器的电极材料。石墨烯纳米片由于具有 的热稳定性、高比表面积、优良的导电性，成为超级电容器最有发展前景的电极 材料之一。本论文主要着眼于石墨烯及其石墨烯基复合材料的合成、微观结构表 征及其超电容的反应性能。主要研究内容如下： 本文分别采用高温膨胀和微波辐射制备石墨烯纳米片。系统地研究了两种剥 离方法对石墨烯的表面结构和电化学性能的影响。N2 吸附结果表明，高温膨胀剥 离的石墨烯纳米片的比表面积和孔体积均大于的微波辐射得到的产品。电容测试 结果表明，高温膨胀剥离的石墨烯纳米片在电流密度为0.1 A/g时，比容量可达到 188 F/g。 本文通过原位聚合法制备出具有三维（3-D）骨架结构的聚苯胺/石墨烯纳米片 复合材料。微观结构的分析表明，当苯胺浓度低时，聚苯胺均匀沉积在石墨烯纳 米片的表面上，但当苯胺浓度高时聚苯胺趋向于在石墨烯纳米片之间团聚。电化 学性能测试表明，未被破坏框架结构的石墨烯纳米片有效地提高了复合材料的电 化学电容。在电流密度为0.1 A/g时，空白样石墨烯的比容量为190.6 F/g，聚苯胺/ 石墨烯纳米片的复合材料（聚苯胺含量低）的比电容达到261.4 F/g。 本文从材料的结构设计出发，采用原位生长法将针状二氧化锰阵列树立在石 墨烯上，构筑成三明治式结构。该制备方法利用高锰酸钾和石墨烯之间的氧化还 原反应，工艺简单有效。石墨烯不仅可以提供电化学反应的电子通道，也充当二 氧化锰纳米线阵列的柔性衬底，而二氧化锰纳米线阵列作为高容量的提供者，促 进电解液离子的渗透。复合材料具有高电容性能（0.5 A g-1时可达276 F g-1） ，优良 的倍率的能力（60 A g-1时62.7％容量保持率） ，同时保持良好的循环稳定性（1200 次后没有衰减） ，最大功率密度达到21.6 kW kg-1。 关键词：超级电容器，电极材料，石墨烯纳米片，聚苯胺，二氧化锰
I
重庆大学硕士学位论文
II
英文摘要
ABSTRACT
Supercapacitors (SCs), have been studied extensively in the past few decades as energy storage devices due to their higher power density and higher energy density. The performance of SCs depends principally on electrode materials. Porous carbon materials, conducting polymers and transition-metal oxides are widely used as electrode materials for supercapacitors. Currently, graphene nanosheets (GNS) have been regarded as one of the most promising candidate material for supercapacitor owning to exceptional thermal stability, high surface area, and excellent conductivity. The dissertation focuses on the synthesis, the microstructure and the electrochemical performance of graphene and its composite materials. The main results are summarized as follows: In this dissertation, graphene nanosheets (GNS) were exfoliated by thermal expansion and microwave irradiation, respectively. The influence of expansion methods on GNS’s surface structure and electrochemical property were systemically analyzed. The N2 adsorption results proved that both the specific surface area and pore volume of the GNS exfoliated by thermal expansion are larger than those by microwave irradiation. The results showed that the GNS via thermal expansion exhibited better electrochemical property with the specific capacity of 188 F/g at the current density of 0.1 A/g. A composite of polyaniline (PANI) and graphene nanosheets (GNS) with three-dimensional (3-D) framework structure was prepared via in situ polymerization. The microstructure analysis indicates that the PANI homogeneously deposits on the surface of GNS at low content but tend to aggregate between GNS at high content. The electrochemical performance show that the GNS with undestroyed framework are effective to enhance the electrochemical capacitance of the composite. A remarkable specific capacitance of 261.4 F/g (based on GNS/PANI composites with low content of PANI) is obtained at a current density of 100 mA/g compared to 190.6 F/g for pure GNS. Based on the material structure design, a 3D nanoarchitecture of free-standing needle-like MnO2 arrays-graphene (FNMRG) was created by in-situ growth of MnO2 sandwiched between graphene nanosheets (GNS). The preparation is a simple but effective redox replacement reaction between potassium permanganate (KMnO 4) and GNS. GNS can not only provide the electron transportation for the capacitance reactions