镍基纳米粒子修饰的三维石墨烯材料制备及在超级电容器中的应用

摘要

高能量密度和功率密度的超级电容器，作为新型的储能装置，相比较传统电容器应用前景更大，其中石墨烯基电极材料应用于超级电容器的性能尤其突出。三维石墨烯水凝胶不仅易合成，而且具有高比表面积，更重要的是可以直接作为超级电容器的无粘合剂电极。可以直接水浴法以抗坏血酸为还原剂制备三维石墨烯水凝胶。在此基础上可以负载金属化合物纳米粒子，为电容器引入赝电容，并增强赝电容电极材料的导电性。
　　首先采用水热法制各了三维Ni(OH)2/rGO水凝胶，其在三电极中的比电容高达532F g-1，并在CV曲线中出现赝电容，相比较rGO水凝胶，倍率性能、导电性均有提高。Ni(OH)2/rGO水凝胶的一体化和电化学性能保证了应用于超级电容器的可能，通过与rGO水凝胶进行复合，组装了Ni(OH)2/rGO‖rGO非对称超级电容器。该电容器在0-1.5V的电压窗口的最高比电容为125F g-1，最高能量密度和功率密度分别为28.88W h Kg-1和5829.2W kg-1，经过10000次循环后电容保持率仍有90％。
　　随后分别以硝酸镍和硫化钠为镍源和硫源，采用一步水浴法制备了硫化镍水凝胶，在电化学测试中发现CV曲线中有两对氧化还原峰，结合TEM、拉曼和XPS等表征手段说明成功制备了三维硫化镍石墨烯水凝胶。硫化镍水凝胶组装的对称超级电容器比电容为539Fg-1，电化学性能优异。
　　在第四章中，利用了原子层沉积技术的自限制和可以在大比表面积的载体上沉积的特点，以石墨烯氧化物为载体，二茂镍为金属源，制备了NiO/rGO材料，并讨论了沉积温度和循环周期数对材料性能的影响，结果发现在250℃的温度下，三个循环周期数的NiO/rGO材料的电化学性能最好，当电流为3mA时比电容高达1139.2F g-1，是作为超级电容器电极材料的合适选择。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 石墨烯的介绍

1．2．1 石墨烯的结构和性质

1．2．2 石墨烯的制备

1．2．3 石墨烯的应用

1．2．4 三维石墨烯材料

1．3 超级电容器

1．3．1 超级电容器的分类

1．3．2 超级电容器的优势

1．3．3 赝电容器

1．3．4 超级电容器的应用

参考文献

第2章 三维Ni(OH)2／rGO水凝胶无粘合剂电极

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 三维还原氧化石墨烯(rGO)水凝胶的自组装

2．2．4 对称超级电容器和非对称电容器的组装

2．2．5 电化学测试

2．2．6 表征

2．3 结果讨论

2．3．1 3D Ni(OH)2／rGO水凝胶的制备和结构表征

2．3．2 3D Ni(OH)2／rGO水凝胶材料的电化学性能研究

2．3．3 对称／非对称超级电容器的电化学测试

2．4 本章小结

参考文献

第3章 三维NiS／rGO水凝胶电极材料

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 硫化镍水凝胶的制备

3．2．4 电化学测试

3．2．5 表征

3．3 结果讨论

3．3．1 硫化镍水凝胶材料的结构表征

3．3．2 硫化镍水凝胶材料的电化学性能研究

3．3．3 对称超级电容器

3．4 本章小结

参考文献

第4章 原子层沉积技术制备NiO／rGO材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂

4．2．2 原子层沉积ALD的工作原理

4．2．3 NiO／rGO的制备

4．2．4 非对称超级电容器的组装

4．2．5 电化学测试

4．2．6 表征

4．3 结果讨论

4．3．2 NiO／rGO材料的电化学性能研究

4．3．3 非对称超级电容器的电化学测试

4．4 本章小结

参考文献

论文主要工作介绍

在读期间发表论文

致谢