本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)沉積石墨烯及其電容特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為一種由碳原子以sp2雜化軌道構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，在光電子學(xué)器件、超級電容器和電池等方面有著廣大的應(yīng)用前景。在本文中，我們首先通過電化學(xué)的方法制備石墨烯及其衍生物。相較于其他方法而言，電化學(xué)方法制備石墨烯不需要額外的還原劑，，還原過程主要是通過氧化石墨和電極之間的電子的傳遞進(jìn)行。因此，它可以避免使用有毒的還原劑，也不會在產(chǎn)物中引入副產(chǎn)物。隨后我們對所制備的石墨烯及其衍生物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并研究其在超級電容器方面的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容如下： 1)通過電化學(xué)的方法將石墨烯還原并直接沉積到金屬電極上，通過對沉積產(chǎn)物的傅里葉變換紅外光譜數(shù)據(jù)和拉曼數(shù)據(jù)的分析，可以看出氧化石墨烯在電極上被有效的還原。從樣品的掃描電子顯微鏡圖中可以發(fā)現(xiàn)，制備的石墨烯薄膜為多孔結(jié)構(gòu)。所制備的石墨烯電極在電流密度為0.5mA cm-2時的比容量最為126.4Fg-1。在循環(huán)伏安測試中，當(dāng)掃描速率從10mV s-1增加到1000mV s-1時，石墨烯電極的比電容下降為初始值的66.9%，從131.6F g-1下降88F g-1，而且石墨烯在不同的掃描速率條件下的循環(huán)伏安曲線都呈現(xiàn)出很好的矩形，這說明電化學(xué)沉積得到的石墨烯薄膜具有優(yōu)異的倍率性能。 2)采用簡單可控的電化學(xué)方法來制備石墨烯水凝膠，水凝膠呈現(xiàn)明顯的多孔結(jié)構(gòu)，從而可以促進(jìn)電子和離子在電極內(nèi)的傳輸。水凝膠作為超級電容器的電極，在掃描速率在200mV s-1和3000mV s-1的掃描速率內(nèi)，循環(huán)伏安曲線都表現(xiàn)出類矩形的特點(diǎn)，這說明在電極界面處電荷的擴(kuò)散服從雙電層機(jī)制。 3)通過采用一步電化學(xué)方法，共沉積得到了石墨烯/硫化鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)。在沉積過程中，電極附近的氧化石墨烯失去其親水性并沉積在電極上，與此同時，硫化鎳也被沉積在電極上并與石墨烯結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。從循環(huán)伏安曲線和恒電流充放電曲線中可以看出，復(fù)合材料顯示出明顯的法拉第準(zhǔn)電容特性。在前500次循環(huán)充放電過程中，復(fù)合材料的比容量下降了35.5%，而在后1500次循環(huán)充放電過程中，復(fù)合材料的比容量僅僅下降了4.6%，顯示出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：電化學(xué)還原氧化石墨烯 復(fù)合材料 雙電層機(jī)制 拉法第準(zhǔn)電容特性 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O613.71;O646
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 石墨烯的制備10-15
• 1.2.1 微機(jī)械剝離法10
• 1.2.2 化學(xué)氣相沉積法10-11
• 1.2.3 外延生長法11-12
• 1.2.4 溶劑剝離法12-13
• 1.2.5 氧化還原法13-15
• 1.3 石墨烯的應(yīng)用15-16
• 1.3.1 電化學(xué)分析15
• 1.3.2 鋰離子電池15-16
• 1.3.3 超級電容器16
• 1.4 超級電容器概述16-20
• 1.4.1 超級電容器的特點(diǎn)17
• 1.4.2 超級電容器的分類17-19
• 1.4.3 超級電容器電極材料的研究進(jìn)展19-20
• 1.5 本論文的目的、意義和主要內(nèi)容20-21
• 1.5.1 研究目的和意義20
• 1.5.2 研究內(nèi)容20-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法21-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-22
• 2.2 氧化石墨的制備22-23
• 2.3 電化學(xué)性能測試方法23-25
• 2.3.1 循環(huán)伏安測試23
• 2.3.2 恒電流充放電測試23
• 2.3.3 電化學(xué)阻抗譜分析23-25
• 第3章 電化學(xué)沉積石墨烯薄膜及其電容性能研究25-37
• 3.1 引言25-26
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分26-27
• 3.2.1 石墨烯電極的制備26
• 3.2.2 石墨烯的形貌表征及性能測試26-27
• 3.3 結(jié)果與分析27-35
• 3.3.1 電化學(xué)生成的石墨烯的形貌表征27-29
• 3.3.2 電化學(xué)生成石墨烯的條件優(yōu)化29-31
• 3.3.3 石墨烯電極的性能測試31-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第4章 石墨烯衍生物的制備及其電容性能的研究37-46
• 4.1 引言37-38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分38-39
• 4.2.1 石墨烯衍生物的制備38
• 4.2.2 石墨烯衍生物的形貌表征及性能測試38-39
• 4.3 結(jié)果與分析39-45
• 4.3.1 水凝膠的表征及性能測試39-42
• 4.3.2 石墨烯/硫化鎳復(fù)合材料的表征及性能測試42-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第5章 總結(jié)與展望46-48
• 5.1 總結(jié)46
• 5.2 展望46-48
• 參考文獻(xiàn)48-53
• 致謝53-54
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文54

【共引文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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7 吳小中;納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料研究[D];山東理工大學(xué);2013年

8 劉麗霞;碳納米管和金屬氫氧化物用作超級電容器電極材料的研究[D];南華大學(xué);2013年

9 蔡健煒;碳納米管/氧化錳納米復(fù)合電極材料的制備及其電容性質(zhì)研究[D];陜西師范大學(xué);2013年

10 杜龍飛;Ni(OH)_2/C復(fù)合材料的制備及超級電容器性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)沉積石墨烯及其電容特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：294158