本文關(guān)鍵詞：氮摻雜石墨烯的合成及其電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 密胺樹(shù)脂 超級(jí)電容器 KOH活化 電化學(xué)性能

【摘要】：石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最理想的二維納米材料。其極高的強(qiáng)度、出色的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能激發(fā)了科學(xué)家們極大的研究興趣,在電子學(xué)、吸附、催化、能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而石墨烯表面光滑且呈惰性,這很不利于它和其它材料的結(jié)合,所以在近些年來(lái),對(duì)石墨烯進(jìn)行摻雜成為了拓展石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的重要方法。本文以石墨烯為主體材料,充分利用其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能制備出電化學(xué)性能良好的氮摻雜石墨烯。采用SEM,TEM,XRD,Raman,BET,XPS,CV,GCD等測(cè)試方法對(duì)氮摻雜石墨烯的相關(guān)性能進(jìn)行表征,探索氧化石墨稀的加入量對(duì)形成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能等方面的影響。SEM和TEM分析表明:當(dāng)加入的氧化石墨烯的含量為3.75%時(shí),合成的氮摻雜石墨烯呈現(xiàn)出無(wú)序、透明、褶皺的薄紗狀,且褶皺程度要明顯高于rGO。XPS分析表明,氮元素成功摻雜進(jìn)石墨烯晶格中,含量為5.29%。BET結(jié)果表明,氮摻雜石墨烯的比表面積顯著增大,能達(dá)到554.32 m2/g。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:氮摻雜石墨烯的比電容達(dá)最高可達(dá)312 F/g,比rGO高出了4.69倍,而且經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后,比電容仍可維持在94.5%,顯示出較高的比電容和良好的循環(huán)壽命。KOH化學(xué)活化會(huì)對(duì)氮摻雜石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生巨大影響,研究不同活化倍數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探索出KOH活化法制備氮摻雜石墨烯的最佳工藝條件。測(cè)試結(jié)果表明:在活化溫度800℃下,KOH的活化倍率從1.0到7.0的處理結(jié)果發(fā)現(xiàn),活化之后的樣品的比電容和比表面積都獲得了較大的提高,而且在活化倍數(shù)為3.0時(shí)達(dá)到最大值,此時(shí)的比表面積高達(dá)554.32 m2/g,比電容為312 F/g,比未活化的高出了3.2倍,顯示出良好的放電容量和較好的倍率性能;然而在活化倍數(shù)達(dá)到更高的數(shù)值時(shí),比電容值和比表面積都開(kāi)始下降,這種結(jié)果主要是因?yàn)檫^(guò)度活化造成孔結(jié)構(gòu)的毀壞塌陷。再以氧化石墨烯作為前驅(qū)體,固化后密胺樹(shù)脂作為氮摻雜劑,采用水熱法成功制備了石墨烯基氣凝膠,最后進(jìn)行炭化得到超級(jí)電容器電極材料。采用XRD,TEM,SEM,TG,Raman,CV,GCD等對(duì)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行表征,結(jié)果表明:所制備的氣凝膠均具有蜂窩狀的孔隙結(jié)構(gòu),石墨烯片層排布規(guī)整,孔洞均勻,孔隙較大,呈現(xiàn)三維有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多重的孔隙結(jié)構(gòu),并且密胺樹(shù)脂的附著良好,分散均勻。和石墨烯氣凝膠相比,GO/MF氣凝膠的電化學(xué)性能顯著提高,在電流密度為0.1 A/g時(shí),比電容為106 F/g。這主要?dú)w因于材料擁有中空的三維有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu),有利于離子在電解液中的傳輸。而且適宜的氮原子也有益于提高電化學(xué)性能。這項(xiàng)研究對(duì)以后聚合物-石墨烯以及氧化物-石墨烯的研究具有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 密胺樹(shù)脂 超級(jí)電容器 KOH活化 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 石墨烯12-18
• 1.2.1 概述12-13
• 1.2.2 石墨烯的性能13-14
• 1.2.3 石墨烯的制備14-15
• 1.2.4 石墨烯的應(yīng)用15-18
• 1.3 石墨烯基復(fù)合材料18-22
• 1.3.1 石墨烯有機(jī)復(fù)合材料18-19
• 1.3.2 石墨烯無(wú)機(jī)復(fù)合材料19-21
• 1.3.3 氮摻雜石墨烯21-22
• 1.4 石墨烯的活化修飾22-24
• 1.4.1 化學(xué)活化法22-23
• 1.4.2 物理活化法23-24
• 1.5 本文研究的意義與內(nèi)容24-26
• 第二章 氮摻雜石墨烯的制備及其電化學(xué)性能研究26-42
• 2.1 引言26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-28
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備26-27
• 2.2.2 氧化石墨烯的制備27-28
• 2.2.3 氮摻雜石墨烯的制備28
• 2.3 測(cè)試及表征方法28-30
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）28-29
• 2.3.2 透射電子顯微鏡（TEM）29
• 2.3.3 X射線衍射（XRD）29
• 2.3.4 拉曼光譜（Raman）29
• 2.3.5 X射線光電子能譜（XPS）29
• 2.3.6 熱重分析（TG）29
• 2.3.7 比表面積及孔徑測(cè)試（BET）29
• 2.3.8 電化學(xué)性能測(cè)試29-30
• 2.4 結(jié)果與討論30-40
• 2.4.1 微觀形貌表征30-31
• 2.4.2 X射線衍射（XRD）分析31-32
• 2.4.3 拉曼光譜（Raman）分析32-33
• 2.4.4 X射線光電子能譜（XPS）分析33-35
• 2.4.5 熱穩(wěn)定性35-36
• 2.4.6 比表面積及孔徑分析36-37
• 2.4.7 循環(huán)伏安性能（CV）37
• 2.4.8 充放電性能（GCD）37-39
• 2.4.9 倍率充放電性能39-40
• 2.4.10 循環(huán)壽命分析40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 第三章 KOH活化對(duì)氮摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)和性能的影響42-52
• 3.1 引言42
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分42-44
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備42-43
• 3.2.2 氧化石墨烯的制備43
• 3.2.3 氮摻雜石墨烯材料的制備43-44
• 3.3 儀器及表征方法44-45
• 3.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）44
• 3.3.2 X射線衍射（XRD）44
• 3.3.3 拉曼光譜（Raman）44
• 3.3.4 比表面積及孔徑（BET）測(cè)試44
• 3.3.5 電化學(xué)性能測(cè)試44-45
• 3.4 結(jié)果與討論45-51
• 3.4.1 X射線衍射（XRD）分析45
• 3.4.2 Raman光譜分析45-46
• 3.4.3 SEM分析46-47
• 3.4.4 氮吸附等溫線47-48
• 3.4.5 循環(huán)伏安性能48-49
• 3.4.6 充放電性能49-50
• 3.4.7 倍率充放電性能50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 石墨烯基氣凝膠的制備及其電化學(xué)性能研究52-63
• 4.1 引言52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分52-54
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備52-53
• 4.2.2 氧化石墨烯的制備53
• 4.2.3 石墨烯基氣凝膠的制備53-54
• 4.2.4 石墨烯基氣凝膠的熱處理54
• 4.3 測(cè)試與表征54-55
• 4.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）54
• 4.3.2 透射電子顯微鏡（TEM）54
• 4.3.3 X射線衍射（XRD）54
• 4.3.4 拉曼光譜（Raman）54
• 4.3.5 熱重分析（TG）54-55
• 4.3.6 電化學(xué)性能測(cè)試55
• 4.4 結(jié)果與討論55-62
• 4.4.1 外觀表征55
• 4.4.2 內(nèi)部形貌分析55-56
• 4.4.3 X射線衍射（XRD）分析56-57
• 4.4.4 拉曼光譜（Raman）分析57-58
• 4.4.5 熱穩(wěn)定性58-59
• 4.4.6 循環(huán)伏安性能（CV）59-60
• 4.4.7 充放電性能（GCD）60
• 4.4.8 倍率充放電性能60-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第五章 全文總結(jié)63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 附錄一：致謝69-70
• 附錄二：攻讀碩士期間發(fā)表論文70

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李會(huì)華;宋娟;周錦華;曾文進(jìn);馮曉苗;;三氧化鉬納米帶/石墨烯納米復(fù)合材料的簡(jiǎn)單制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用（英文）[J];無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2016年11期

2 梁斌;丁肖怡;羅民;;一步溶劑熱法制備石墨烯/Fe_2O_3復(fù)合材料及電容性能研究[J];化學(xué)研究與應(yīng)用;2016年04期

3 王賽花;牛紅云;蔡亞岐;;新型石墨烯磁性復(fù)合材料的制備及其對(duì)水中亞甲基藍(lán)的吸附去除[J];分析測(cè)試學(xué)報(bào);2015年02期

4 彭三;郭慧林;亢曉峰;;氮摻雜石墨烯的制備及其對(duì)氧還原反應(yīng)的電催化性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2014年09期

5 付融冰;楊蘭琴;馮雷雨;郭偉;;氮摻雜石墨烯的一步法低溫合成及用作微生物燃料電池陰極催化劑的產(chǎn)電特性[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

6 閻子峰;吳小中;邢偉;;石墨烯基氣凝膠的制備及其超電容性能研究[J];中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年05期

7 郭曉琴;余小霞;王永凱;任英華;梅俊偉;張銳;;石墨烯納米片/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備與介電性能研究[J];功能材料;2013年18期

8 王學(xué)寶;李晉慶;羅運(yùn)軍;;石墨烯氣凝膠/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備及導(dǎo)電性能[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2013年06期

9 周建偉;王儲(chǔ)備;y嚵亮，

本文編號(hào)：736778