KOH对石墨烯的活化机理研究及在超级电容器中的应用

摘要

超级电容器，通过电解质离子在电极和电解液界面的静电吸附来储存电荷，是一种能够在极高功率下输出能量的新型储能器件。然而以活性炭为电极材料的商用超级电容器，能量密度过低，已经不能满足人们的需求。
　　石墨烯材料由于具有高的理论比表面积，良好的电导率和优异的化学稳定性，是一种理想的超级电容器电极材料。然而，通过化学法制备的石墨烯，由于片层间的范德华力作用容易发生堆叠导致石墨烯的比表面积低于理论值，用作超级电容器时，无法提供足够的活性位点储存电荷，因而比容量较低。采用KOH活化的方法处理石墨烯，可以有效的提高石墨烯的比表面积，获得具有高比表面积的多孔碳材料。
　　本论文通过KOH低温活化的方法，研究了KOH对微波剥离石墨烯(MEGO)的活化过程。较低的活化温度有利于观察到MEGO在活化过程中的结构转变，即MEGO从准二维的片层结构转变到三维多孔结构的过程。我们发现在450℃左右，KOH与MEGO发生氧化还原反应，在MEGO片层上制造出了纳米尺寸的孔洞获得了比MEGO高的比表面积，同时保持了MEGO原有的片层结构。将这种材料用作超级电容器的电极材料，在6 mol L-1KOH电解液中具有265 F g-1（1Ag-1电流密度下）的质量比容量和185 F cm-3的体积比容量。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 超级电容器

1．1．1 超级电容器的工作原理

1．1．2 影响超级电容器性能的因素

1．2 石墨烯

1．2．1 石墨烯的发现及其结构

1．2．2 石墨烯的性质

1．2．3 石墨烯的制备

1．2．4 石墨烯的应用

1．3 KOH化学活化方法处理碳材料

1．3．1 KOH活化碳材料的机理

1．3．2 KOH对sp2杂化纳米碳材料活化的研究现状

1．4 本论文的研究内容

第二章 实验的方法和原理

2．1 实验原料和方法

2．1．1 实验原料

2．2．2 实验设备

2．2 主要表征方法和原理

2．2．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．2．2 透射电子显微镜(TEM)

2．2．3 X射线衍射(XRD)

2．2．4 孔径分析

2．2．5 拉曼光谱(Raman)

2．2．6 电子自旋共振谱仪(ESR)

2．2．7 X射线光电子能谱(XPS)

2．3 电化学测试

2．3．1 电极片的制备

2．3．2 电化学测量装置及其组装

2．3．3 电化学测试方法

第三章 KOH活化微波剥离石墨烯的机理研究

3．1 低温活化石墨烯样品(LTAG)的制备

3．2 LTAG样品的形貌表征

3．3 LTAG样品的结构表征

3．4 LTAG样品的化学表征

3．5 KOH活化MEGO机理的讨论

3．6 LTAG样品的电化学测试

3．7 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果