本文關鍵詞：三維網絡結構石墨烯電極材料制備及電化學電容性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電化學電容器,也叫超級電容器,因其充放電速度快、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點而備受國際廣泛關注。電極材料是決定超級電容器性能的主要因素之一,基于石墨烯為主的超級電容器電極材料具有大的表面積、良好的導電性、獨特的導熱性和優(yōu)異的機械性等,是一種具有廣闊應用前景的電極材料。但化學還原制備的二維石墨烯材料,片層之間因為具有較強的π-π堆疊和疏水作用,以及單個片層還原伴隨著物理交聯、范德華力等原因導致石墨烯片層發(fā)生嚴重堆疊和團聚。構建石墨烯的三維網絡結構不僅有利于電極材料內部電子的傳輸,而且降低了電解質離子在電極內部的擴散阻力,對發(fā)揮電極材料電化學性質起到重要作用。我們以三維泡沫鎳為模板,苯乙烯為碳源,通過化學氣相沉積(CVD)的方法制備了高質量三維結構石墨碳(3DG)材料。該3DG具有相互交聯的結構,同時高的石墨化為電子在三維空間的快速傳遞提供了有利的條件,因而可作為理想的贗電容材料負載骨架。通過3DG與KMnO4之間的氧化還原反應,將Mn02納米片均勻的沉積在3DG上,形成了3DG-MnO2多級結構,3DG骨架與Mn02的之間的緊密接觸有效降低了兩相之間的界面阻力,.大幅度地促進了電子由3DG向Mn02的傳輸。復合材料保持了3DG的三維交聯結構,縮短了電解質離子傳輸途徑。同時生長在3DG骨架上的Mn02納米片提供了更多的電化學反應活性位點,提升復合材料的電容量。在三電極體系中測試,電流密度為2A/g時,3DG-MnO2復合電極電容值可以達到210F/g,經4000次充放電循環(huán)測試后,復合電極具有較好的電容保持率(75%)和優(yōu)異的庫倫效率(97.8%),使3DG-MnO2成為電化學儲能的理想電極材料之一。石墨烯氣凝膠以其豐富的三維結構引起廣泛關注。由于氣凝膠在凝膠化過程中單個片層之間存在物理交聯,導致氣凝膠發(fā)生部分堆疊和團聚,引起表面積降低,儲能效率不高。為了使石墨烯氣凝膠滿足高能量儲存器件的需求,我們采用簡單、有效的H3P04活化方法,在石墨烯二維面內創(chuàng)制孔徑為2.0-8.0 nm納米孔洞,使材料呈現出多級孔洞結構。石墨烯氣凝膠自身的三維交聯結構,以及石墨烯二維面內的納米孔道結構,不僅能提高電極的利用效率,而且能保證電解質離子在三維平面的傳輸模式,有利于電容性能的充分發(fā)揮。物理吸附測試結果得出,磷酸活化后的石墨烯氣凝膠比表面積達到1145m2/g。電化學測試顯示最大質量比電容值為204 F/g,電極材料經10000次充放電循環(huán)之后,電容的保持率為92%。磷酸活化石墨烯方法為制備石墨烯功能材料提供了一條新途徑,具有多級孔道分布的石墨烯氣凝膠也將在生物傳感、太陽能、納米電子和電化學儲能等領域展示廣闊的應用前景。
【關鍵詞】：超級電容器 石墨烯電極 三維結構 MnO_2納米片 電容性能
【學位授予單位】：陜西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O646.54;TM53
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-33
• 1.1 引言9-10
• 1.2 超級電容器簡介10-14
• 1.2.1 超級電容器組成10-12
• 1.2.2 超級電容器的分類12-13
• 1.2.3 超級電容器的特點、應用與面臨問題13-14
• 1.3 三維網絡結構石墨烯電極材料14-25
• 1.3.1 石墨烯的結構與性質14-16
• 1.3.2 三維結構石墨烯的結構特點與制備方法16-20
• 1.3.3 三維結構石墨烯在超級電容器中的應用20-21
• 1.3.4 孔洞化石墨烯的結構優(yōu)勢與制備技術21-24
• 1.3.5 孔洞化石墨烯在超級電容器電極材料中的應用24-25
• 1.4 二氧化錳的結構、制備與應用25-29
• 1.4.1 二氧化錳的結構與制備25-28
• 1.4.2 二氧化錳在超級電容器電極材料中的應用28-29
• 1.5 選題的研究意義及內容29-33
• 1.5.1 選題的研究意義29-30
• 1.5.2 選題的研究內容30-33
• 第2章 實驗試劑、儀器和分析表征33-39
• 2.1 實驗試劑33-34
• 2.2 實驗儀器34-35
• 2.3 材料的分析表征35
• 2.4 電極的制備與電化學性能測試分析35-39
• 2.4.1 電極的制備與組裝35-36
• 2.4.2 電極的電化學性能測試36-39
• 第3章 三維結構石墨碳上MnO_2納米片的生長及電化學性能39-53
• 3.1 引言39-40
• 3.2 實驗部分40-41
• 3.2.1 CVD法制備三維結構石墨碳40
• 3.2.2 三維結構石墨碳/二氧化錳復合電極材料的制備40-41
• 3.3 結果與討論41-51
• 3.3.1 3DG-MnO_2復合材料的形貌、結構表征41-47
• 3.3.2. 3DG-MnO_2復合材料的電化學性能47-51
• 3.4 本章小結51-53
• 第4章 磷酸活化制備石墨烯氣凝膠及其電化學性質53-67
• 4.1 引言53-54
• 4.2 實驗部分54
• 4.2.1 三維結構氣凝膠的制備54
• 4.2.2 磷酸活化制備三維多孔氣凝膠54
• 4.3 結果與討論54-65
• 4.3.1 石墨烯氣凝膠的形貌與結構54-61
• 4.3.2 三維多孔氣凝膠電極材料的電化學表征61-65
• 4.4 本章小結65-67
• 第5章 全文總結67-69
• 參考文獻69-85
• 致謝85-87
• 攻讀碩士學位期間科研成果87

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 ;科學家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學研究進展[J];科學通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學觀察;2010年03期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應用探索[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質量石墨烯及其功能化[A];中國化學會第27屆學術年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術與應用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學與表面工程學術會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結構功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結合[A];中國化學會第28屆學術年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學修飾及尺寸效應研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國重要報紙全文數據庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習) 特約記者 李季;石墨烯未來應用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現產業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術產業(yè)導報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

中國博士學位論文全文數據庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應[D];中國科學技術大學;2011年

2 羅大超;化學修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復機理的理論研究[D];吉林大學;2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學應用研究[D];清華大學;2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學;2015年

7 姚成立;多級結構石墨烯/無機非金屬復合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學;2014年

10 王義;石墨烯的模板導向制備及在電化學儲能和腫瘤靶向診療方面的應用[D];復旦大學;2014年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學模擬研究[D];西安電子科技大學;2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結構及其對電化學性能的影響[D];北京化工大學;2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學;2011年

4 蔡宇凱;一種新型結構的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學;2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學效應研究[D];蘇州大學;2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應的研究[D];華南理工大學;2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學;2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學;2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學;2013年

  本文關鍵詞：三維網絡結構石墨烯電極材料制備及電化學電容性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：300734