本文關(guān)鍵詞：三維多孔石墨烯復(fù)合材料的氣泡模板制備方法及其電化學(xué)性能研究　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：石墨烯具有超大比表面積、良好的導(dǎo)電性以及優(yōu)異的化學(xué)／電化學(xué)穩(wěn)定性,是電子器件、電化學(xué)催化和能量儲存及轉(zhuǎn)化等應(yīng)用領(lǐng)域理想的電極材料。然而由于石墨烯片層之間的π-π相互作用,石墨烯之間容易發(fā)生堆疊現(xiàn)象,從而減小石墨烯材料的比表面積和導(dǎo)電性,限制了其作為電極材料的應(yīng)用。將具有納米尺寸的二維石墨烯組裝成高級有序的三維結(jié)構(gòu),不僅可以極大保留石墨烯的各種優(yōu)異性能,還可以通過調(diào)控其結(jié)構(gòu)和形貌獲得更多的功能和應(yīng)用。本論文以石墨烯的三維組裝及其電化學(xué)性能研究為主題,以氧化石墨烯作為基本構(gòu)筑單元,通過氣泡模板法先后構(gòu)筑具有三維多孔結(jié)構(gòu)的還原石墨烯、石墨烯/吡咯、氮摻雜石墨烯組裝體,探索了組裝機(jī)制并研究了它們在超級電容器和電化學(xué)催化氧還原應(yīng)用中的電化學(xué)性質(zhì)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：(1)以溶液中的氫氣泡作為軟模板,通過在不同的導(dǎo)電基片上電化學(xué)還原沉積制備了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的還原石墨烯電極材料,探索了在氫氣泡導(dǎo)向下三維多孔石墨烯組裝體的形成機(jī)制,探索了沉積時間、沉積電壓、表面活性劑的濃度對于該三維多孔石墨烯組裝體結(jié)構(gòu)和形貌的影響。通過掃描電子顯微鏡、拉曼光譜、x射線光電子能譜、電化學(xué)等表征手段,研究了三維石墨烯的還原程度、結(jié)構(gòu)組成以及電化學(xué)性質(zhì)。(2)以第一個工作制備得到的三維大孔石墨烯電極作為工作電極,電化學(xué)聚合吡咯,制備石墨烯/吡咯三維多孔復(fù)合材料。復(fù)合材料中石墨烯/吡咯的含量比可以通過改變電化學(xué)聚合時間進(jìn)行調(diào)控。由于石墨烯的三維導(dǎo)電框架,石墨烯/吡咯復(fù)合材料在超級電容器性能測試中展現(xiàn)出了大的面積比電容(196 mF/cm2,1 mA/cm2)以及快速充放電的能力。將該復(fù)合材料電極成功的組裝成器件,可以使商用的紅色LED燈發(fā)光。(3)將第二個工作得到的石墨烯/吡咯復(fù)合材料進(jìn)行高溫煅燒,制備具有三維多孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜石墨烯材料,石墨烯材料中氮元素含量和形式可由煅燒溫度控制。制備得到的氮摻雜三維多孔石墨烯可以作為電化學(xué)催化氧還原反應(yīng)的催化劑。其中,800℃溫度下煅燒的氮摻雜石墨烯在氧還原催化反應(yīng)中遵循四電子轉(zhuǎn)移過程,具有最大電流密度(5.56mA/cm2)和最正初始電位(-0.132 V vs Ag/AgCl)。
[Abstract]:A three - dimensional porous graphene electrode material with three - dimensional porous structure is prepared by electrochemical reduction deposition on different conductive substrates .

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TB33

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本文編號：1404765