本文關(guān)鍵詞：碳納米材料及其復(fù)合材料的合成以及電化學(xué)電容性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超級電容器因為其高的功率密度以及長的循環(huán)壽命而被認為是一種很有前景的能量儲存裝置。單一材料作為超級電容器的電極會因為材料自身某些不足而無法獲得滿意的電化學(xué)性能。因此,綜合多種材料優(yōu)點的納米復(fù)合材料是目前的研究熱點。本論文以石墨烯和多壁碳納米管作為原材料,通過改性的方法合成出具有特殊形貌的碳納米材料,并以其為基材制備出復(fù)合材料以改進電化學(xué)性能。研究結(jié)果如下：(1)利用改進的Hummers法將多壁碳納米管沿橫向以及縱向切開制備出氧化的卷曲石墨烯納米帶(OCGNR),在其懸濁液中原位聚合苯胺制得聚苯胺(PANI),再通過水熱法合成出納米針狀的二氧化錳(Mn02)點綴其中,然后經(jīng)水合肼還原得到三維的CGNR/PANI/Mn02。研究表明,當(dāng)附著的Mn02含量為16 wt%時,復(fù)合材料顯示出優(yōu)異的電化學(xué)性能,在三電極體系中其比電容值能達到496 F g~(-1)(電流密度1 A g~(-1)),在掃速50 mV s~(-1)下循環(huán)5000個周期,依然能保持初始電容的81.1%。復(fù)合材料在兩電極體系中的電容值也能達到103 F g-2(電流密度0.5 A g~(-1)),在2.5kW kg~(-1)高功率密度下,其能量密度達到11.3 Wh kg~(-1)。以上測試結(jié)果表明,CGNR/PANI/MnO2復(fù)合材料是一種很有前景的電極材料。(2)在氧化石墨(GO)和氧化卷曲石墨烯納米帶的均勻懸濁液中原位聚合苯胺,再通過水合肼還原制備出RGO/CGNR/PANI復(fù)合材料。對電極材料進行電化學(xué)表征,在三電極體系中,電流密度為1A g~(-1)時,其比電容值為405 F g-,表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能。在兩電極體系中電容器的比電容值能達到71.3 F g~(-1)(0.5 Ag~(-1)),能量密度為9.93 Wh kg~(-1)(功率密度為250 Wkg~(-1)時)。在2000次循環(huán)后復(fù)合材料的比容量保持率為80.5%,具有長的使用壽命。(3)通過微爆法制備出高度變形的石墨烯(HDG),形貌表征顯示HDG呈蓬松狀態(tài),表面有大量褶皺和折疊等變形態(tài)的石墨烯。比表面積測試(BET)以及X射線衍射(XRD)結(jié)果表明,這些變形的石墨烯在一定程度上抑制了石墨烯的層層堆疊提高了比表面積。三電極體系下的電化學(xué)測試結(jié)果說明,在1 A g~(-1)的電流密度下,HDG的比電容值(206 F g~(-1))要遠高于RGO(118Fg~(-1)),即使在10 Ag~(-1)的高電流密度下,HDG仍能保持152 F g~(-1)的比電容值。2000次循環(huán)后,HDG保持初始電容值的92.7%,顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 卷曲石墨烯納米帶 聚苯胺 二氧化錳 高度變形石墨烯
【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】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 超級電容器概述10-13
• 1.2.1 超級電容器簡介10-11
• 1.2.2 超級電容器的優(yōu)勢11-12
• 1.2.3 超級電容器應(yīng)用及發(fā)展前景12-13
• 1.3 超級電容器儲能機理13-14
• 1.3.1 雙電層電容器13-14
• 1.3.2 法拉第電容器14
• 1.4 超級電容器電極材料14-20
• 1.4.1 碳材料14-17
• 1.4.2 過渡金屬氧化物17-18
• 1.4.3 導(dǎo)電聚合物18-20
• 1.5 基于碳材料以及復(fù)合電極材料作為超電容電極材料的研究進展20-21
• 1.5.1 碳基材料20-21
• 1.5.2 基于碳納米材料的復(fù)合材料21
• 1.6 本課題的選題背景及研究內(nèi)容21-23
• 第2章 卷曲的石墨烯納米帶/聚苯胺/二氧化錳復(fù)合材料的合成以及在超級電容器中的應(yīng)用23-37
• 2.1 前言23-24
• 2.2 實驗部分24-26
• 2.2.1 實驗藥品24
• 2.2.2 實驗儀器24
• 2.2.3 實驗所需溶液24-25
• 2.2.4 材料制備25
• 2.2.5 材料表征25-26
• 2.2.6 材料電化學(xué)測試26
• 2.3 結(jié)果與討論26-35
• 2.3.1 電極材料的形貌分析26-28
• 2.3.2 電極材料的結(jié)構(gòu)表征28-30
• 2.3.3 電極材料電化學(xué)測試30-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 第3章 還原的氧化石墨/石墨烯納米帶/聚苯胺復(fù)合材料的合成以及在超級電容器中的應(yīng)用37-47
• 3.1 前言37
• 3.2 實驗部分37-39
• 3.2.1 實驗藥品37-38
• 3.2.2 實驗儀器38
• 3.2.3 實驗所需溶液38
• 3.2.4 材料制備38-39
• 3.2.5 材料表征39
• 3.2.6 材料電化學(xué)測試39
• 3.3 結(jié)果與討論39-46
• 3.3.1 電極材料的形貌以及結(jié)構(gòu)分析39-41
• 3.3.2 電極材料電化學(xué)測試41-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 高度變形石墨烯的制備以及在超級電容器中的應(yīng)用47-56
• 4.1 前言47
• 4.2 實驗部分47-49
• 4.2.1 實驗藥品47-48
• 4.2.2 實驗儀器48
• 4.2.3 實驗所需溶液48
• 4.2.4 材料制備48-49
• 4.2.5 材料表征49
• 4.2.6 材料電化學(xué)測試49
• 4.3 結(jié)果與討論49-54
• 4.3.1 電極材料的形貌和結(jié)構(gòu)分析49-51
• 4.3.2 電極材料的電化學(xué)測試51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻57-68
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄68-69
• 致謝69

  本文關(guān)鍵詞：碳納米材料及其復(fù)合材料的合成以及電化學(xué)電容性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：256299