為了最大程度上保留石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)以提高其電導(dǎo)并簡化過渡金屬氧化物與石墨烯復(fù)合物的制備過程,通過氫電弧放電和簡易的高溫處理成功制備得到四氧化三錳/石墨烯納米復(fù)合材料,并將其用作超級電容器的電極.通過XRD、Raman光譜和TEM對產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行了表征.電化學(xué)測試結(jié)果表明,由該材料制得的超級電容器具有良好的電容性質(zhì)、出色的電化學(xué)穩(wěn)定性(循環(huán)3 000圈后大約保持96%)以及較低的等效串聯(lián)電阻.同時(shí),四氧化三錳的摻入可使其比電容提高到純石墨烯電極的3倍.因此,此方法為制備以新型石墨烯復(fù)合過渡金屬氧化物作為高性能超級電容器電極的研究提供了新思路. 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2014年06期 第636-641頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

不同石墨烯樣品的XＲD圖譜

2的衍射峰全部消失，取而代之的是Mn3O4的衍射峰，表明350℃×3h的熱處理可將所有的MnS2氧化成Mn3O4．同時(shí)AG-3Mn/G與AP-3Mn/G樣品中石墨烯的衍射峰相比AP-G樣品中石墨烯的衍射峰無明顯變化，表明在制備及氧化過程中，錳的加入并不會(huì)對石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)帶來影響．20406080!"AG-3Mn/GAP-3Mn/GAG-GAP-GMnS2MnO34#$%2!/()!圖1不同石墨烯樣品的XＲD圖譜Fig.1XＲDspectraofdifferentgraphenesamples2.2Ｒaman分析拉曼光譜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于研究碳納米材料的物性表征上．圖2為6種不同石墨烯樣品的拉曼光譜圖，由圖2可見，AG-G、AP-G、AG-3Mn/G、AP-3Mn/G、AG-10Mn/G以及AP-10Mn/G樣品均出現(xiàn)了3個(gè)明顯的衍射峰．首先是處在1580cm－1的G峰，G峰是由于碳材料中C—C鍵間互相拉伸所致，是sp2軌道雜化的納米碳結(jié)構(gòu)中共有的特征峰［17］．另外兩個(gè)衍射峰分別是1350cm－1處的D峰和2690cm－1的G'峰，這兩個(gè)拉曼特征峰都與碳材料中引入的缺陷相關(guān)．有所區(qū)別的是D峰的形成歸因于引入的缺陷所導(dǎo)致的一階雙聲子散射［18］，而G'峰歸因于二階雙聲子散射［19］，也由于這個(gè)原因，G'峰的拉曼譜線位置一般為D峰的兩倍，因此也被稱之為2D峰．研究表明，G'峰可以作為區(qū)別單層和多層石墨烯的證據(jù)．對于純石墨烯的樣品而言，對比分析G'峰與G峰的比值可見，石墨烯的層數(shù)為3～5層并且在提純前后并沒有發(fā)生明顯的變化，而D峰在提純后反而有所增強(qiáng)，表明提純后的樣品中缺陷增多，可能是由于無定形碳的去除所引起的石墨烯晶格不完整的緣故．對比含錳石墨烯樣品提純前后的拉曼光譜后發(fā)現(xiàn):1)提純后G'峰顯著增強(qiáng)，表明在提純和氧化過程中，石墨烯的層數(shù)呈現(xiàn)出減少的趨勢，可能是由

024nm211.()5nmeMnO34!"#$100nmdAP-10Mn/Gf%&’()*MnO32534()MnO21534()MnO22034()G(002)MnO21134()MnO34(103)MnO34(312)200nmaAG-3Mn/G100nmbAG-10Mn/G100nmcAP-3Mn/G圖3復(fù)合物樣品的TEM圖像Fig.3TEMimagesofcompositesamples曲線的形態(tài)接近矩形，未出現(xiàn)額外的氧化還原峰，表現(xiàn)出良好的電容性質(zhì)．利用比電容計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到對應(yīng)10、20、50和100mV·s－1的掃描速率下的比電容值分別為15.38、12.30、9.81和8.77F·g－1．圖4AP-G樣品的循環(huán)伏安曲線Fig.4CyclicvoltammetrycurvesofAP-Gsample圖5為AP-3Mn/G以及AP-10Mn/G制成的水系超級電容器的循環(huán)伏安曲線．由圖5可見，曲線在約為0.6V處出現(xiàn)了一個(gè)輕微的凸起，這是由于此時(shí)該處發(fā)生的電化學(xué)過程中存在氧化還原反應(yīng)，即出現(xiàn)了贗電容反應(yīng)的緣故．但曲線整體依然接近于矩形，表明利用該方法和熱處理?xiàng)l件下制備的樣品均保持了良好的電容特性．在該體系中可能發(fā)揮作用的贗電容反應(yīng)為充電:Mn3++e－—Mn2+(1)Mn4++e－—Mn3+(2)放電:Mn2+—Mn3++e－(3)圖5不同復(fù)合物的循環(huán)伏安曲線Fig.5CyclicvoltammetrycurvesofdifferentcompositesMn3+—Mn4++e－(4)利用比電容計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到對應(yīng)不同于10、20和100mV·s－1掃描速率下的AP-3Mn/G超級電容器的比電容分別為17.32、16.33和14.84F·g－1;而在10、20和100mV·s－1的掃描速度下，AP-10Mn/G超級電容器的比電容分別為第6期趙新洛，等:四氧化三錳/石墨烯超級電容器的制備及分析639


本文編號：2912370