Fe2O3/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其电容性能研究

摘要

简单过渡金属氧化物如MnO2、NiO、Co3O4、Fe2O3、SnO2、TiO2、ZnO等由于其较高的理论比电容而受到研究者的广泛关注，是极具潜力的超级电容器电极材料。其中，由于价态多变、资源丰富、价格低廉、安全无毒和环境友好等特点，Fe2O3作为超级电容器电极材料已引起研究者的广泛兴趣。但由于 Fe2O3导电性能较差，因此用作电极材料时出现较差的倍率性能和循环稳定性，进而限制了其作为超级电容器电极材料的应用。最有效的解决方法是将其与导电性较好的碳材料进行复合，制备多元的具有良好导电性、特殊形貌、大比表面积的材料。因此，本文通过将石墨烯与Fe2O3复合制备出复合电极材料，使组分间发生协同作用，旨在寻求此类高比容量电极材料的改性方案；重点运用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗、拉曼、扫描电镜等技术，阐明电极反应过程和机理，探讨此类电极材料比容量高及衰减的原因。主要研究内容和结果如下：
　　（1）利用NaBH4同时还原氧化石墨烯和铁盐，再经低温煅烧得到导电性良好的γ-Fe2O3/还原氧化石墨烯复合材料，研究了煅烧温度和保温时间对材料电容性能的影响。通过阻抗及电导率分析，重点讨论了材料导电性能提升的原因及对电容性能的影响。
　　（2）通过一步溶剂热法制备出一系列类六边形α-Fe2O3/还原氧化石墨烯复合材料，研究了前驱体的投料比对复合材料电化学性能的影响。结果表明，Fe2O3含量为60 wt%时，复合材料具有较大的电容性能、倍率性能及循环稳定性。复合材料电化学性能的提高归结于两个方面：一方面石墨烯的复合提高了复合材料的导电性；另一方面，复合后材料独特的片层结构有利于电解液与活性物质更充分接触。
　　（3）通过一步水热法制备出比表面积大、孔径分布宽的石墨烯包裹桑葚状α-Fe2O3复合材料，探讨了水热时间和温度对材料电容性能的影响。结果发现，在适当的水热温度和反应时间下，材料具有较宽的孔径分布和较大的石墨烯片层缺陷，这种多级孔结构有助于电解液离子的扩散从而增强其比容量，从而使得材料拥有较优的电容性能。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 氧化石墨烯

1.3 Fe2O3/rGO复合材料

1.4 研究思路和主要研究工作

第二章 实验试剂和仪器

2.1 主要试剂和仪器

2.2 材料的表征技术

2.3 电化学性能测试

第三章 γ-Fe2O3/石墨烯纳米复合材料的电容性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 类六边形α-Fe2O3/石墨烯复合材料的电容性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 桑葚状α-Fe2O3/石墨烯多孔材料的电容性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 结论

全文总结

参考文献

在读期间发表论文清单

致谢