本文關(guān)鍵詞：氮摻雜石墨烯水凝膠材料在水系超級電容器的性能研究

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【摘要】：石墨烯水凝膠材料具有三維結(jié)構(gòu)、擁有較高的比表面積和較低的密度,具有良好的導電性、熱穩(wěn)定性,同時富含孔隙結(jié)構(gòu),將其應(yīng)用在超級電容器領(lǐng)域具有非常重要的意義。近年來,研究發(fā)現(xiàn)氮摻雜方法是一種提高石墨烯自身的導電性能的重要手段。將氮摻雜過程引入至制備石墨烯水凝膠的過程中,有望制備出電化學性能相對更佳的氮摻雜石墨烯水凝膠,進而以制成性能更好的超級電容器。本文所使用的是一種新型低溫氮摻雜方法,制備條件相對更加簡單、安全。因此,本文的研究內(nèi)容為以下幾個方面： (1)利用兩種不同的還原劑(分別為堿性還原劑硫化鈉和酸性還原劑抗壞血酸)制備石墨烯水凝膠,將兩種石墨烯水凝膠制備成紐扣式超級電容器并進行電化學性能測試,對比其電化學性能。通過研究證明了在相同制備工藝下,以硫化鈉為還原劑制備得到的石墨烯水凝膠的比電容和循環(huán)性能相對較高,從而得出結(jié)論：堿性還原劑更適于制備石墨烯水凝膠。 (2)將硫化鈉制備的石墨烯水凝膠制備成紐扣式超級電容器,研究了在三種不同電解液(KOH、H2SO4、Na2SO4)中的電化學性能,并加以比較。通過研究可以發(fā)現(xiàn),硫化鈉制備的石墨烯水凝膠所制備超級電容器在KOH電解液中的比電容最大,循環(huán)性能最好,同時具有較強的導電性。 (3)利用一種新型氮摻雜方法,制備氮摻雜石墨烯水凝膠,對其進行電化學性能測試,并與單純石墨烯水凝膠進行比較。測試結(jié)果充分證明了氮摻雜石墨烯水凝膠較單純石墨烯水凝膠具有更高比電容,更強的循環(huán)性能和更大的使用電流。 (4)在摻雜過程中,取氧化石墨烯與氮源比例分別為8：1、6：1、4：1和2：1制備氮摻雜石墨烯水凝膠,分別進行電化學性能測試,以探究最佳的摻雜比例。研究結(jié)果表明：氨水與氧化石墨烯的質(zhì)量比1：4時,所制備氮摻雜石墨烯水凝膠比電容最高,比容性能最強。 (5)在摻雜過程中,取還原時間分別為5小時、10小時、15小時制備氮摻雜石墨烯水凝膠,分別進行電化學性能測試,以探究最佳的摻雜時間。研究結(jié)果表明：摻雜時間為10小時時,所制備氮摻雜石墨烯水凝具有最佳的比電容和比容性能。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 水凝膠 氮摻雜 超級電容器
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-10
• 目錄10-12
• 1 引言12-19
• 1.1 石墨烯水凝膠簡介12-14
• 1.1.1 石墨烯水凝膠的結(jié)構(gòu)及性能12-13
• 1.1.2 石墨烯水凝膠的制備方法13
• 1.1.3 石墨烯水凝膠的應(yīng)用13-14
• 1.2 超級電容器簡介14-17
• 1.2.1 超級電容器的特點及結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.2 超級電容器的分類15
• 1.2.3 超級電容器的性能測試15-17
• 1.3 石墨烯氮摻雜方法簡介17-18
• 1.3.1 石墨烯氮摻雜類型17
• 1.3.2 石墨烯氮摻雜方法分類17-18
• 1.4 選題意義及研究內(nèi)容18-19
• 1.4.1 選題意義18
• 1.4.2 研究內(nèi)容18-19
• 2 石墨烯水凝膠的制備、表征和電化學性能測試19-39
• 2.1 石墨烯水凝膠的制備19-23
• 2.1.1 實驗主要試劑與儀器設(shè)備19-20
• 2.1.2 氧化石墨烯的制備20-21
• 2.1.3 石墨烯水凝膠的制備21-23
• 2.2 石墨烯水凝膠的表征23-26
• 2.2.1 硫化鈉還原石墨烯水凝膠的表征23-25
• 2.2.2 抗壞血酸還原石墨烯水凝膠的表征25-26
• 2.3 石墨烯水凝膠超級電容器的組裝26-27
• 2.4 兩種還原劑制備石墨烯水凝電化學性能比較27-29
• 2.5 硫化鈉還原石墨烯水凝膠在不同電解液中電化學性能研究29-38
• 2.5.1 硫化鈉還原石墨烯水凝膠在KOH電解液中的電化性能30-32
• 2.5.2 硫化鈉還原石墨烯水凝膠在H_2SO_4電解液中電化學性能32-34
• 2.5.3 硫化鈉還原石墨烯水凝膠在NA_2SO_4電解液中電化學性能34-36
• 2.5.4 硫化鈉還原石墨烯水凝膠在三種電解液中電化學性能比較36-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 3 氮摻雜石墨烯水凝膠的制備、表征及電化學性能測試39-61
• 3.1 氮摻雜石墨烯水凝膠的制備39-41
• 3.1.1 實驗主要試劑與儀器設(shè)備39-40
• 3.1.2 氮摻雜石墨烯水凝膠的制備40-41
• 3.2 氮摻雜石墨烯水凝膠的表征41-43
• 3.3 氮摻雜石墨烯水凝膠超級電容器的組裝43-44
• 3.4 氮摻雜石墨烯水凝膠與石墨烯水凝膠電化學性能比較44-47
• 3.5 氮源比例變化對氮摻雜石墨烯水凝膠電化學性能的影響47-55
• 3.5.1 氮源比例1：2所制備石墨烯水凝膠電化學性能47-49
• 3.5.2 氮源比例1：4所制備石墨烯水凝膠電化學性能49-51
• 3.5.3 氮源比例1：6所制備石墨烯水凝膠電化學性能51-53
• 3.5.4 氮源比例1：8所制備石墨烯水凝膠電化學性能53-55
• 3.6 氮源摻雜時間變化對氮摻雜石墨烯水凝膠電化學性能的影響55-60
• 3.6.1 氮摻雜時間為5小時所制備石墨烯水凝膠電化學性能56-58
• 3.6.2 氮摻雜時間為10小時所制備石墨烯水凝膠電化學性能58
• 3.6.3 氮摻雜時間為15小時所制備石墨烯水凝膠電化學性能58-60
• 3.7 本章小結(jié)60-61
• 4 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-67
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果67-69
• 學位論文數(shù)據(jù)集69

【參考文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳洪鵬;石墨烯的制備及在超級電容器中的應(yīng)用[D];北京交通大學;2012年

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本文編號：997964