本文關(guān)鍵詞：摻雜雜原子石墨烯在電化學(xué)中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 雜原子 石墨烯 氧還原反應(yīng) 超級(jí)電容器

【摘要】：石墨烯因其大的比表面積和優(yōu)異的電化學(xué)性能,被視為是一種理想的電極材料用于燃料電池和超級(jí)電容器中。但是純單層的石墨烯在制備和使用的過程中很容易的發(fā)生重堆疊的現(xiàn)象,導(dǎo)致其表面積的減小,進(jìn)而影響石墨烯的電化學(xué)性能。在純石墨烯完美的六邊形碳中摻入雜原子可以阻止石墨烯的重堆疊、在基面產(chǎn)生缺陷、產(chǎn)生能帶隙以及加快電荷的傳輸速率,進(jìn)而提高其電化學(xué)的性能。到目前為止,摻入一元或者共摻二元雜原子的石墨烯材料用于燃料電池和超級(jí)電容器是研究最廣泛的。然而,三元摻雜雜原子的石墨烯材料用于燃料電池和超級(jí)電容器很少有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。本論文主要采用了簡單的兩步合成方法制備出了三元摻雜硼/氮/磷的石墨烯氣凝膠,并對摻雜硼/氮/磷的石墨烯氣凝膠材料進(jìn)行一系列的表征分析以及在不同電化學(xué)中的性能測試。具體的研究內(nèi)容如下：(1)以氧化石墨烯和磷酸硼為原料,通過水熱和冷凍干燥的方法制備出共摻硼/磷的石墨烯氣凝膠。將得到的共摻硼/磷石墨烯氣凝膠分別置于氮?dú)夂桶睔獾臍夥罩懈邷責(zé)峤猥@得共摻硼/氮/磷石墨烯氣凝膠。通過改變熱解溫度和時(shí)間獲得不同條件下的材料。(2)將制備的三元摻硼/氮/磷石墨烯氣凝膠(BNPGA-1000-15)材料組裝成燃料電池中的氧還原反應(yīng)及超級(jí)電容器的測試電極,測試了材料的氧還原性能和電容器性能。BNPGA-1000-15材料在氧氣飽和的01 molL-1KOH溶液中的氧還原起始電位值(-0.06 V)僅比商業(yè)Pt/C(-0.05 V)低0.01 V,高于其它材料的起始電位值。此外,BNPGA-1000-15在氧氣飽和的0.1 molL-1KOH溶液中的極限電流密度值為-46 mAcm-2,電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.8,經(jīng)過20000s的連續(xù)不斷測試后相對電流保留值為88.3%。將BNPGA-1000-15材料用于超級(jí)電容器時(shí),在6 molL-1KOH溶液和1Ag-1電流密度的條件下,比電容值為140F g-1。經(jīng)過2000次循環(huán)后的比容量值為133.2 Fg-1,比容量的保持率為95.1%。
【關(guān)鍵詞】：雜原子 石墨烯 氧還原反應(yīng) 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-26
• 1.1 引言9
• 1.2 石墨烯的簡介9-15
• 1.2.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)9-10
• 1.2.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.3 石墨烯的性質(zhì)11
• 1.2.4 石墨烯的應(yīng)用11-13
• 1.2.5 石墨烯的制備13-15
• 1.3 摻雜雜原子石墨烯15-25
• 1.3.1 摻雜雜原子石墨烯的制備方法16-18
• 1.3.2 摻雜雜原子石墨烯在氧還原反應(yīng)(ORR)和超級(jí)電容器(SCs)中的應(yīng)用18-25
• 1.4 論文的研究意義、內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)25-26
• 1.4.1 研究意義25
• 1.4.2 研究內(nèi)容25
• 1.4.3 本論文創(chuàng)新點(diǎn)25-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分26-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器26-27
• 2.2 材料結(jié)構(gòu)和組成的表征方法27-28
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)分析27
• 2.2.2 透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)分析27
• 2.2.3 N_2吸附-脫附(Nitrogen adsorption/desorption)分析27-28
• 2.2.4 X射線光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)分析28
• 2.2.5 X射線衍射(X-Ray Diffraction,XRD)分析28
• 2.2.6 拉曼光譜(Raman Spectrometer)分析28
• 2.3 材料電化學(xué)性能的表征方法28-32
• 2.3.1 氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction Reaction)催化劑的制備和性能表征28-30
• 2.3.2 超級(jí)電容器(Supercapacitor)的制備和性能表征30-32
• 第三章 摻雜雜原子石墨烯在氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction Reaction)中的應(yīng)用32-52
• 3.1 引言32
• 3.2 二元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的制備32-34
• 3.2.1 氧化石墨烯的制備32-33
• 3.2.2 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的制備33-34
• 3.3 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)和組成表征34-41
• 3.3.1 掃描和透射電鏡測試分析34-35
• 3.3.2 N_2吸附-脫附測試分析35-37
• 3.3.3 X射線光電子能譜測試分析37-40
• 3.3.4 X射線衍射測試分析40
• 3.3.5 拉曼測試分析40-41
• 3.4 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的氧還原性能表征41-51
• 3.4.1 循環(huán)伏安測試分析41-43
• 3.4.2 線性伏安掃描測試分析43-50
• 3.4.3 計(jì)時(shí)電流和耐甲醇性測試分析50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 三元摻雜雜原子石墨烯在超級(jí)電容器(Supercapacitor)中的應(yīng)用52-59
• 4.1 引言52
• 4.2 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的制備52
• 4.3 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)和組成表征52
• 4.4 三元摻雜硼/氮/磷石墨烯氣凝膠的在超級(jí)電容器中的性能表征52-57
• 4.4.1 循環(huán)伏安測試分析52-53
• 4.4.2 恒電流充放電測試分析53-55
• 4.4.3 電化學(xué)阻抗譜測試分析55-57
• 4.4.4 循環(huán)穩(wěn)定性測試分析57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-60
• 5.1 總結(jié)59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-70
• 致謝70-71
• 攻讀學(xué)位期間所開展的科研項(xiàng)目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71

，

本文編號(hào)：1117530