基于石墨烯的纳米材料在电化学超级电容器中的应用

摘要

相比于传统的储能装置，超级电容器的诸多的优点使其受到研究者的关注。而电极材料的性质对超级电容器的性能会有很大的影响，于是人们的研究重点就集中到导电率高、可逆性好的一些材料上。石墨烯作为新型结构的碳材料，其独特的结构使其在超级电容器中有较为广泛的应用前景。但是由于石墨烯片层之间很容易发生聚集使其表面积减小，从而导致双电层电容性能降低。金属氧化物/氢氧化物和聚合物都具有较高的赝电容，所以当石墨烯与它们复合之后，金属氧化物/氢氧化物或聚合物不仅能够有效的阻止石墨烯片层之间发生聚集。而石墨烯也可以提高金属氧化物/氢氧化物和聚合物的导电性。在本论文中，主要是研究高性能的电极材料。从而制备了石墨烯/多金属氧酸盐/介孔碳球纳米复合物，聚苯胺纳米纤维，石墨烯/聚苯胺纳米复合物，石墨烯/聚苯胺/碳量子点复合物，并将它们分别应用在超级电容器的电极材料中，然后表征它们的结构，测试它们的性能，并分析和比较它们的性能区别。具体研究内容如下:
　　1)自组装石墨烯/磷钼酸/介孔碳球三元纳米复合物在电化学超级电容器中的应用。
　　本章采用自组装的方法将石墨烯(GN)、磷钼酸(POM)和介孔碳球(CS)三种材料组合在一起形成GN/POM/CS三元纳米复合物，然后用SEM、FITR和XPS这三种表征手段对其结构和形态进行了分析。在0.5mol/L的H2SO4电解质溶液中，采用三电极体系测试其电化学性能。结果表明:在1A/g的电流密度下，GN/POM/CS复合物的比电容高达430F/g，这说明该复合物具有很好的电化学性能。
　　2)层层组装石墨烯/聚苯胺/碳量子点三元复合物在电化学超级电容器中的应用。
　　本章创新性的将主要应用于生物传感器，医学和发光二极管中的碳量子点引入到超级电容器中。并通过层层组装的方法将石墨烯(GN)、聚苯胺(PANI)和碳量子点(C-dots)组合成石墨烯/聚苯胺/碳量子点(GN/PANI/C-dots)纳米复合物。首先用SEM、TEM和FITR对GN/PANI/C-dots纳米复合物的结构和形态进行了表征。然后在浓度为0.5mol/L的H2SO4电解质溶液中，采用三电极体系来测试其电化学性能。结果显示:在1A/g的电流密度下，GN/PANI/C-dots纳米复合物的比电容为477F/g，而且经过760次充放电循环后，比容量保留率为81％，说明该复合物拥有较好的循环稳定性和电容性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 超级电容器

1．1．1 超级电容器的概述

1．1．2 超级电容器的原理

1．2 超级电容器的电极材料及其性能特点

1．2．1 碳材料

1．2．2 导电聚合物

1．2．3 过渡金属氧化物／氢氧化物

1．3 石墨烯

1．3．1 石墨烯的概述

1．3．2 石墨烯的性能

1．3．3 石墨烯的制备方法

1．4 聚苯胺

1．5 多金属氧酸盐

1．6 碳量子点

1．7 本论文选题依据及内容

参考文献

第二章 实验部分

2．1 实验仪器和试剂

2．2 材料的表征方法

2．2．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．2 X射线光电子能谱(XPS)

2．2．3 傅里叶红外光谱法(FT-IR)

2．3 电化学性能测试

2．3．1 循环伏安测试

2．3．2 恒电流充放电测试

2．3．3 交流阻抗测试

第三章 自组装Graphene／POM／Meso-Carbon Sphere纳米复合物在电化学超级电容器中的应用

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 功能化介孔碳球的制备

3．2．2 石墨烯／磷钼酸(GN／POM)纳米复合物的制备

3．2．3 石墨烯／磷钼酸／介孔碳球(GN／POM／CS)纳米复合物的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 扫描电子显微镜分析(SEM)

3．3．2 红外光谱分析(FI-TR)

3．3．3 X射线光电子能谱分析(XPS)

3．3．4 循环伏安测试

3．3．5 恒电流充放电测试

3．3．6 交流阻抗测试

3．4 总结

参考文献

第四章 层层组装Graphene／PANI／C-dots三元复合物在电化学超级电容器中的应用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 聚苯胺纳米纤维的合成

4．2．2 层层组装复合物电极

4．3 结果与讨论

4．3．1 扫描电子显微镜分析(SEM)

4．3．2 傅里叶红外光谱分析(FI-TR)

4．3．3 循环伏安测试分析

4．3．4 交流阻抗测试

4．3．5 恒电流充放电测试

参考文献

致谢