本文關(guān)鍵詞：碳基納米復(fù)合材料的合成及其電化學(xué)電容性能研究

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【摘要】：碳基材料作為電化學(xué)電容器電極材料近年來被廣泛研究,其中包括多壁碳納米管和石墨烯。利用改進(jìn)的Hummers法可將石墨氧化進(jìn)而制備氧化石墨烯也可利用該方法將碳納米管縱向剖開得到類石墨烯納米片的結(jié)構(gòu)。由于得到的氧化石墨烯和卷曲的石墨烯納米片比較容易團(tuán)聚,可將其與過渡金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物或一些其他的碳基納米材料復(fù)合,得到三維的納米復(fù)合材料以提高電極材料的超電容性能。近年來很多研究表明,氮摻雜對碳基納米材料的電化學(xué)電容性能的提高有很好的促進(jìn)作用。本論文的主要研究內(nèi)容為氧化石墨烯和類石墨烯片與二氧化錳復(fù)合材料的合成及復(fù)合材料摻氮改性之后性能的研究。所取得的主要研究結(jié)果如下：(1)用多壁碳納米管和高錳酸鉀為原料,采用改進(jìn)的Hummers法和水溶液合成法制備卷曲的石墨烯片／二氧化錳(CGN/MnO_2)復(fù)合材料。形貌和結(jié)構(gòu)表征表明直徑為5 nm、長度為100 nm的針狀MnO_2晶體均勻地分散在CGN表面形成三維的納米CGN/MnO_2復(fù)合物。電化學(xué)結(jié)果表明CGN/MnO_2復(fù)合電極在1 M硫酸鈉溶液中、1A g~(-1)的電流密度下比電容值為224 F g~(-1),比CGN的比電容值大2.7倍之多(83 F g~(-1))。且CGN/MnO_2具有很好的大電流充放電性能和長時間循環(huán)穩(wěn)定性能(電容在10000循環(huán)后保持最初電容的95%)。(2)以三聚氰胺為氮源并利用高溫煅燒法對卷曲的石墨烯納米片/Mn02復(fù)合材料進(jìn)行摻氮處理得到N摻雜的CGN/MnO_2復(fù)合材料,用SEM. XRD和拉曼光譜進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)表征。利用循環(huán)伏安法和恒電流充放電法對得到的復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行測試,結(jié)果表明,N-doped 10% CGN/MnO_2在1 M Na2SO_4中電流密度為1 A g~(-1)時電容值高達(dá)264 F g~(-1)。而N-doped 20% CGN/MnO_2的電容值為132F g~(-1),但經(jīng)10,000循環(huán)后比電容值仍達(dá)到235.7 F g~(-1),為初始電容值的1.8倍。(3)將氧化石墨烯常溫下與二氧化錳復(fù)合得到氧化石墨烯/Mn02復(fù)合材料,并以三聚氰胺為氮源對GO/MnO_2進(jìn)行高溫煅燒得到N摻雜的GO/MnO_2復(fù)合材料。采用SEM、HRTEM、XPS、拉曼等技術(shù)對其進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)和組成表征并利用循環(huán)伏安法和恒電流充放電法進(jìn)行電化學(xué)性能表征。在兩電極體系、1 A g~(-1)電流密度下N-doped GO/MnO_2的比電容值可達(dá)到360 F g~(-1)。
【關(guān)鍵詞】：卷曲的石墨烯片 石墨烯 碳納米管 二氯化錳 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 超級電容器概述10-12
• 1.1.1 超級電容器分類及工作原理10-11
• 1.1.2 超級電容器電極材料的分類11-12
• 1.2 基于石墨烯的超級電容器簡介12-15
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能12-13
• 1.2.2 石墨烯的制備方法13-14
• 1.2.3 石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用14-15
• 1.3 基于碳納米管的超級電容器簡介15-17
• 1.3.1 碳納米管的簡介和性能15-16
• 1.3.2 碳納米管在超級電容器中的應(yīng)用16-17
• 1.4 雜原子摻雜方法在超級電容器中的應(yīng)用17-19
• 1.4.1 雜原子摻雜簡介17
• 1.4.2 氮摻雜在石墨烯基材料中的應(yīng)用17-19
• 1.5 卷曲的石墨烯納米片簡介19
• 1.6 本論文的選題背景和研究內(nèi)容19-21
• 第2章 納米針狀二氧化錳改性的卷曲的石墨烯片及其電化學(xué)電容性能的研究21-34
• 2.1 前言21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品22
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器22-23
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)所需溶液23
• 2.2.4 樣品和電極的制備23-24
• 2.2.5 形貌結(jié)構(gòu)表征和電容性能測試24
• 2.3 結(jié)果和討論24-33
• 2.3.1 材料形貌及結(jié)構(gòu)分析24-27
• 2.3.2 電化學(xué)電容性能測試27-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 氮摻雜的石墨烯納米片/MnO_2復(fù)合物的合成及其電化學(xué)電容性能研究34-47
• 3.1 前言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-37
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品34-35
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器35
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)所需溶液35-36
• 3.2.4 樣品和電極的制備36-37
• 3.2.5 材料的形貌、結(jié)構(gòu)表征及其電容性能測試37
• 3.3 結(jié)果和討論37-45
• 3.3.1 材料形貌及結(jié)構(gòu)分析37-40
• 3.3.2 電化學(xué)電容性能測試40-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第4章 氮摻雜的石墨烯/MnO_2復(fù)合物的合成及其電化學(xué)電容性能研究47-58
• 4.1 前言47-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48-50
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品48
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器48-49
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)所需溶液49
• 4.2.4 樣品和電極制備49-50
• 4.2.5 材料的形貌結(jié)構(gòu)表征和電容性能測試50
• 4.3 結(jié)果和討論50-57
• 4.3.1 材料形貌及結(jié)構(gòu)分析50-54
• 4.3.2 電化學(xué)電容性能測試54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-69
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄69-70
• 致謝70

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本文編號：1060079