本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯／聚苯胺復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究

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【摘要】：超級電容器因具有充放電速度快、存儲方便、環(huán)境友好以及使用壽命長等性能成為一種新型儲能裝置,且在能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。眾所周知,電極材料對超級電容器的性能具有決定性的影響。石墨烯(GNs)是一種具有機(jī)械性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)的新型碳材料,是制備高性能超級電容器的候選材料之一。單純的GNs循環(huán)穩(wěn)定性好、功率密度高,但是其比電容較低。由于具有理論比電容高、成本低廉、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),聚苯胺(PANI)作為一種導(dǎo)電高分子經(jīng)常應(yīng)用于超級電容器電極材料。但是PANI在導(dǎo)電率和電化學(xué)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)不佳,限制了其應(yīng)用�？梢岳脜f(xié)同效應(yīng),把GNs和PANI復(fù)合在一起制備復(fù)合材料,可以實(shí)現(xiàn)二者的優(yōu)勢互補(bǔ),使復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)性能。本論文主要研究了GNs/PANI復(fù)合材料的制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)表征及其電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)在密閉氧化法的基礎(chǔ)上,對GO制備過程進(jìn)行改進(jìn)。首先對石墨進(jìn)行微波膨脹處理,原料要進(jìn)行低溫均化處理后,再利用反應(yīng)釜高溫反應(yīng)制備GO。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:制備的GO氧化程度非常高,在水溶液和DMF中分散性很好。(2)本論文提出了一種簡單并且環(huán)保的方法制備三維石墨烯(3D-rGO),該方法以CaCO3為模板GO通過水熱反應(yīng)產(chǎn)生凝膠,同時加入葡萄糖作為還原劑。在還原過程中氧化石墨烯自組裝成三維凝膠并包裹住CaCO3顆粒,然后去除模板后得到自支撐3D-rGO,最后把3D-rGO與聚苯胺(PANI)進(jìn)行復(fù)合制備3D-rGO/PANI復(fù)合材料。電化學(xué)測試表明3D-rGO/PANI復(fù)合材料在電流密度為1 A/g時的比電容為243 F/g,并且在1000次循環(huán)充放電測試后比電容變?yōu)樵瓉淼?6%。(3)本論文報道了一種利用交聯(lián)法制備三維石墨烯(3D-rGO)。首先在GO溶液中加入一種三嵌段共聚物(F68),用以化學(xué)剝離氧化石墨,然后用水合肼來還原后便可獲得rGO/F68混合物。這種表面套有聚合物的rGO能夠形成穩(wěn)定的水溶液,是因?yàn)镕68的疏水端PPO以非共價鍵的作用吸附在rGO的表面上,然而F68的親水端PEO鏈則伸展到水中。再加入β-環(huán)糊精(β-CD),由于PEO鏈進(jìn)入β-環(huán)糊精的分子空腔中使rGO片層組裝成三維多孔超分子凝膠(rGO/F68/CD),然后通過高溫去除表面的超分子(F68和β-CD)制備三維石墨烯(3D-rGO)。采用原位聚合的方法制備了3D-rGO/PANI復(fù)合材料,實(shí)驗(yàn)表明其展現(xiàn)較高的的比電容(在1 A/g的電流密度下比電容為226 F/g)和很好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 石墨烯 聚苯胺 復(fù)合材料 電極材料
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(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4-5
• Abstract5-9
• 專用術(shù)語注釋表9-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 超級電容器概述11-16
• 1.2.1 超級電容器的工作原理11-13
• 1.2.2 超級電容器的電極材料13-15
• 1.2.3 超級電容器的應(yīng)用前景15-16
• 1.3 石墨烯16-24
• 1.3.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)16-17
• 1.3.2 石墨烯的性質(zhì)17
• 1.3.3 石墨烯的制備方法17-19
• 1.3.4 三維石墨烯的制備19-22
• 1.3.5 石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的制備22-24
• 1.4 本論文的研究意義和主要研究內(nèi)容24-26
• 1.4.1 研究意義24
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容24-26
• 第二章 氧化石墨烯的制備26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-28
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料26-27
• 2.2.2 氧化石墨烯的制備27
• 2.2.3 測試儀器27-28
• 2.3 結(jié)果和討論28-34
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計流程28-29
• 2.3.2 GO的形貌特征分析29-30
• 2.3.3 GO的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)分析30-33
• 2.3.4 GO的分散性33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 模板法制備三維石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料35-46
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-37
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料36
• 3.2.2 三維石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的制備36
• 3.2.3 測試儀器36-37
• 3.2.4 電化學(xué)性能測試37
• 3.3 結(jié)果和討論37-45
• 3.3.1 模板法實(shí)驗(yàn)方案和設(shè)計思路37-38
• 3.3.2 3D-rGO/PANI的XPS表征38
• 3.3.3 3D-rGO/PANI的FT-IR表征38-39
• 3.3.4 3D-rGO/PANI的XRD表征39-40
• 3.3.5 3D-rGO/PANI的TGA表征40-41
• 3.3.6 3D-rGO/PANI的SEM和TEM表征41-42
• 3.3.7 3D-rGO/PANI的電化學(xué)性能研究42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 交聯(lián)法制備三維石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料46-55
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分47-48
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料47
• 4.2.2 三維石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的制備47-48
• 4.2.3 測試儀器48
• 4.2.4 電化學(xué)性能測試48
• 4.3 結(jié)果和討論48-53
• 4.3.1 交聯(lián)法實(shí)驗(yàn)方案和設(shè)計思路48-49
• 4.3.2 熱重分析儀（TGA)表征49-50
• 4.3.3 掃描電子顯微鏡（SEM）表征50-51
• 4.3.4 傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）表征51-52
• 4.3.5 電化學(xué)性能研究52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第五章 總結(jié)與展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-64
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文64-65
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利65-66
• 附錄3 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目66-67
• 致謝67

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2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機(jī)石墨烯材料:計算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎[N];計算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學(xué);2014年

8 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號：851530