本文選題：石墨烯氣凝膠 + 錳氧化物　； 參考：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：超級(jí)電容器,也稱為電化學(xué)超級(jí)電容器,具有高功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是新一代的儲(chǔ)能設(shè)備,在諸多電子器件和設(shè)備中呈現(xiàn)出極好的應(yīng)用前景。與常規(guī)二維石墨烯相比,三維石墨烯氣凝膠(graphene aerogel,GA)具有表面積大和電子、離子傳導(dǎo)性及機(jī)械性能更佳等優(yōu)點(diǎn),使其有望用于儲(chǔ)能設(shè)備。但一方面石墨烯提供的電容主要是雙電層電容,由于沒(méi)有氧化還原反應(yīng)發(fā)生,其電化學(xué)性能受到限制。另一方面,過(guò)渡金屬氧化物作為贗電容材料時(shí)可以提供較高的電容和能量密度,但存在著循環(huán)壽命差等缺點(diǎn)。采用適當(dāng)?shù)暮铣晒に嚥⒄{(diào)控好其化學(xué)組成,制得的過(guò)渡金屬氧化物摻雜GA復(fù)合材料有望同時(shí)具有二者的優(yōu)點(diǎn),因此這類材料成為儲(chǔ)能設(shè)備電極材料的研究熱點(diǎn)之一。本論文分別利用直接水熱合成法或浸漬法并結(jié)合冷凍干燥或焙燒工藝,先后制備了幾種過(guò)渡金屬氧化物摻雜GA的復(fù)合材料,利用諸多手段對(duì)其進(jìn)行了表征,并較詳盡地考察了其作為超級(jí)電容器電極材料時(shí)的電化學(xué)性能,主要工作如下:(1)以乙酸錳和氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)物,分別以聚乙二醇6000和氫氧化鈉為活性劑和礦化劑,采用一鍋煮直接水熱合成法結(jié)合冷干工藝,成功制備了Mn3O4納米粒子摻雜GA(Mn3O4@GA)復(fù)合材料。結(jié)果表明,Mn3O4顆粒均勻分散于GA的3D結(jié)構(gòu)中;當(dāng)電流密度為0.5 A g-1時(shí),該復(fù)合材料的比容量高達(dá)408.5 F g-1,并呈現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能,1 A g-1的電流密度下循環(huán)2000次后,其比容量仍保持初始值的96.81%。(2)以硝酸鈷和GO為前驅(qū)物,以尿素為活性劑,采用一鍋煮直接水熱合成法結(jié)合冷干及焙燒工藝,成功制備了Co3O4納米粒子摻雜GA(Co3O4@GA)復(fù)合材料。結(jié)果表明,Co3O4@GA比表面積高達(dá)463.2 m2 g-1,其中球型Co3O4顆粒均勻分散于GA中;當(dāng)電流密度為1 A g-1時(shí),所得復(fù)合材料比容量高達(dá)673.4F g-1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單純Co3O4(296.1 F g-1),并呈現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能,1 A g-1的電流密度下循環(huán)2000次后,初始比容量?jī)H降低3.00%。(3)以高錳酸鉀和GO為前驅(qū)物,采用在酸性體系中一鍋煮直接水熱合成法結(jié)合冷干及焙燒工藝,成功制備了MnO2納米粒子摻雜GA(MnO2@GA)復(fù)合材料。結(jié)果表明,MnO2@GA復(fù)合材料具有豐富的孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積(SBET=196.6 m2 g-1);當(dāng)電流密度為0.5 A g-1時(shí),MnO2@GA的比容量(379.7 F g-1)明顯高于單純MnO2(101.3 F g-1),并呈現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能,0.5 A g-1的電流密度下循環(huán)2000次后,初始比容量?jī)H降低3.87%。(4)以GO為原料,采用直接水熱還原法結(jié)合冷干工藝,成功制備了單純GA。進(jìn)而將其分散于硝酸鎳乙醇溶液中,借助浸漬、焙燒工藝將NiO納米粒子摻雜其中,制得NiO@GA復(fù)合材料。結(jié)果表明,與單純NiO(SBET=16.6 m2 g-1)相比,該復(fù)合材料表現(xiàn)出更大的比表面積(SBET=104.1 m2 g-1);當(dāng)電流密度為0.5 A g-1時(shí),NiO@GA的比容量高達(dá)893.1 F g-1,并呈現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能,0.5 A g-1的電流密度下循環(huán)2000次后,初始比容量保持率為97.5%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相應(yīng)的單純NiO(初始比容量保持率為69.3%)。(5)以硝酸銅為前驅(qū)物,采用與上述NiO@GA相似工藝,制得CuO@GA復(fù)合材料。結(jié)果表明,柱狀CuO顆粒較均勻地分散于GA中,與單純CuO(SBET=0.6 m2 g-1)相比,該復(fù)合材料表現(xiàn)出較大的比表面積(SBET=100.3 m2 g-1);當(dāng)電流密度為0.5 A g-1時(shí),CuO@GA的比容量高達(dá)508.8 F g-1,遠(yuǎn)高于單純CuO(180.0 F g-1),并呈現(xiàn)出較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能,0.5 A g-1的電流密度下循環(huán)2000次后,初始比容量保持率為95.3%。
[Abstract]:In this paper , the composite materials of transition metal oxides doped with GA are prepared by direct hydrothermal synthesis or impregnation method . The results show that the prepared transition metal oxide - doped GA composite has the advantages of high specific surface area and electron , ionic conductivity and mechanical properties . The results show that the specific surface area ( SBET = 100.3 m2 g - 1 ) is higher than that of simple CuO ( SBET = 0.6 m2 g - 1 ) . When the current density is 0.5 A g - 1 , the specific capacity of CuO @ GA is up to 508.8 F g - 1 , which is much higher than that of pure CuO ( 180.0 F g - 1 ) . The initial specific capacity retention rate is 95.3 % after 2000 cycles at a current density of 0.5 A g - 1 .
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB332;TM53

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本文編號(hào)：1927470