本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯超級電容器電極材料的制備及其電容性能研究

  更多相關(guān)文章： 三維石墨烯 二氧化錳 鈷、鎳雙金屬氧化物 復(fù)合材料 比電容

【摘要】：石墨烯作為一種二維新型碳材料以其優(yōu)良的性能使其在超級電容器電極材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。近來,三維石墨烯(3DG)具有3D孔狀結(jié)構(gòu),使其具有更大的比表面積,更高的的機械性能及更快的電子傳輸速率受到研究者的廣泛關(guān)注。本文首先在Zn片上快速生長三維石墨烯,制備出了宏觀尺寸大小可控且具有較高比電容的三維石墨烯材料,該法具有快捷、綠色環(huán)保,成本低廉的優(yōu)點,為三維石墨烯的商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。考察了制備的過程中酸溶液濃度、反應(yīng)時間及GO濃度對三維石墨烯比電容的影響,從而得出最佳的制備條件。最佳條件下制備的三維石墨烯,厚度較薄,沒有出現(xiàn)層與層之間的嚴(yán)重堆疊,具有很好3D立體孔道結(jié)構(gòu);在電流密度1A/g的測試條件下,電極材料的電容量達(dá)到117.1 F/g。同時在100mv/s的情況下,經(jīng)過2000圈循環(huán)伏安測試,其電容器可保持初始值的95.8%,表現(xiàn)出非常高的循環(huán)穩(wěn)定性。采用一步水熱法,綠色、便捷地制備出MnO2/3DG的復(fù)合材料,通過不加還原劑和加入表面活性劑和還原劑的手段,分別得到R-MnO2/3DG和S-MnO2/3DG復(fù)合材料。通過比較發(fā)現(xiàn),R-MnO2/3DG復(fù)合電極材料中MnO2顆粒粒徑較小,分散均勻,且沒有團聚現(xiàn)象,具有更高的電容值,優(yōu)于S-MnO2/3DG復(fù)合材料。探究了制備條件對RMnO2/3DG復(fù)合材料的影響,得出最佳制備條件為:負(fù)載量為49.5wt%、水熱溫度180℃、水熱時間為8h;最佳條件下制備的R型復(fù)合電極材料在1A/g的電流密度下,比電容可以達(dá)到356.4F/g。在掃描速率100mv/s下,經(jīng)過2000圈的測試,最終的電容保持率約為92.3%。采用水熱法制備了三維石墨烯負(fù)載鈷、鎳雙金屬氧化物NixCoyOz/3DG復(fù)合材料,探究了鎳、鈷比(x/y)對其電容值的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)x/y=1/2時,NiCo2O4/3DG復(fù)合材料材料的電容值最高,在電流密度1A/g下,其比電容達(dá)到380.9F/g,高于R-MnO2/3DG的電容值;但其同樣條件下,電容保持率為89.8%,循環(huán)穩(wěn)定性低于R-MnO2/3DG復(fù)合電極材料。
【關(guān)鍵詞】：三維石墨烯 二氧化錳 鈷、鎳雙金屬氧化物 復(fù)合材料 比電容
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 電化學(xué)電容器簡介12-16
• 1.2.1 電化學(xué)電容器工作原理12-14
• 1.2.2 電化學(xué)電容器的特點14-16
• 1.2.3 電化學(xué)電容器的應(yīng)用前景16
• 1.3 電化學(xué)電容器的發(fā)展?fàn)顩r16-18
• 1.4 基于石墨烯的超級電容器電極材料研究進(jìn)展18-29
• 1.4.1 二維石墨烯的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.4.1.1 還原氧化石墨烯法19-21
• 1.4.1.2 碳化硅熱解法21-22
• 1.4.1.3 化學(xué)氣相沉淀法（CVD）22-23
• 1.4.2 三維石墨烯研究現(xiàn)狀23-26
• 1.4.2.1 水熱自組裝法23-24
• 1.4.2.2 化學(xué)交聯(lián)法24-25
• 1.4.2.3 化學(xué)氣相沉積法25-26
• 1.4.2.4 電化學(xué)還原26
• 1.4.3 石墨烯負(fù)載金屬氧化物復(fù)合電極材料分類26-29
• 1.4.3.1 二維石墨烯負(fù)載金屬氧化物26-28
• 1.4.3.2 三維石墨烯負(fù)載金屬氧化物/氫氧化物28-29
• 1.5 本課題的研究意義及內(nèi)容29-31
• 第二章 實驗部分及表征技術(shù)31-37
• 2.1 實驗所用的試劑及儀器31-32
• 2.1.1 化學(xué)試劑31-32
• 2.1.2 實驗儀器32
• 2.2 復(fù)合電極材料的制備32-33
• 2.3 復(fù)合電極材料的結(jié)構(gòu)表征33-34
• 2.3.1 場發(fā)射電子掃描顯微鏡（FE-SEM）33
• 2.3.2 透射電子顯微鏡（TEM）33
• 2.3.3 X射線衍射分析（XRD）33
• 2.3.4 電子探針微區(qū)分析（EPMA-EDX）33-34
• 2.4 復(fù)合電極材料的電容性能測試34-37
• 2.4.1 工作電極的制備34
• 2.4.2 電容性能測試方法34-37
• 2.4.2.1 循環(huán)伏安法測試(CV)35
• 2.4.2.2 恒電流充放電測試(GCD)35-37
• 第三章 Zn片還原法簡便快速制備三維石墨烯及其電容性能研究37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 Zn片還原法制備三維石墨烯的過程37-40
• 3.2.1 氧化石墨烯的（GO）制備37-39
• 3.2.2 三維石墨烯氣凝膠的制備39
• 3.2.3 實驗原理39-40
• 3.3 Zn片還原法制備的三維石墨烯結(jié)構(gòu)表征40-43
• 3.4 電解質(zhì)對所制備三維石墨烯電容性能的影響43-44
• 3.5 三維石墨烯電極材料的電化學(xué)性能測試44-49
• 3.5.1 HCl濃度對所制備三維石墨烯電容性能的影響44-46
• 3.5.2 GO濃度對所制備三維石墨烯電容性能的影響46-47
• 3.5.3 反應(yīng)時間對所制備的三維石墨烯電容性能的影響47-49
• 3.6 最佳實驗條件下制備的三維石墨烯電極材料的電化學(xué)性能49-50
• 3.7 本章小結(jié)50-52
• 第四章 水熱法制備三維石墨烯負(fù)載金屬氧化物復(fù)合材料及其電容性能研究52-71
• 4.1 引言52
• 4.2 水熱法合成MnO_2/3DG復(fù)合材料的制備52-53
• 4.3 實驗原理53-54
• 4.4 MnO_2/3DG復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)表征54-56
• 4.5 R和S-MnO_2/3DG復(fù)合材料的電容性能56-57
• 4.6 制備條件對R-MnO_2/3DG復(fù)合電極材料電容性能的影響57-64
• 4.6.1 MnO_2負(fù)載量對R-MnO_2/3DG復(fù)合材料的電容性能的影響57-59
• 4.6.2 水熱溫度對R-MnO_2/3DG復(fù)合材料電容性能的影響59-60
• 4.6.3 水熱時間對R-MnO_2/3DG復(fù)合材料電容性能的影響60-61
• 4.6.4 最佳實驗條件下R-MnO_2/3DG復(fù)合材料的電化學(xué)性能61-64
• 4.7 Ni_xCo_yO_z/3DG復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究64-70
• 4.7.1 水熱法合成Ni_xCo_yO_z/3DG復(fù)合材料實驗過程64-65
• 4.7.2 Ni_xCo_yO_z/3DG復(fù)合材料的EPMA表征65
• 4.7.3 Ni_xCo_yO_z/3DG復(fù)合材料電化學(xué)性能65-68
• 4.7.4 NiCo_2O_4/3DG復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征68-70
• 4.8 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83-84
• 附件84

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