RGO-Ppy-FCN3-復合膜及氮修飾RGO-Co3O4復合材料的制備與超級電容器性能.pdf

1、超級電容器作為新型儲能設備，具有循環(huán)壽命長、原理簡單、電荷運輸能力強等優(yōu)點，為21世紀日益增加的能源需求提供了一個極具前景的選擇。電極材料的優(yōu)劣是影響超級電容器性能的關鍵因素，分為碳材料、導電聚合物和金屬氧化物，但這些材料單獨使用時存在諸多缺陷。如石墨烯是一種具有二維片層結構的碳材料，具有比表面積大、導電性優(yōu)異等特點，但其比電容較低；聚吡咯(Ppy)作為一種典型的導電聚合物，具有較好的電容性能且對環(huán)境友好，但 Ppy的循環(huán)穩(wěn)定性和機械性

2、能較差；四氧化三鈷(Co3O4)是一種過渡金屬氧化物，其理論比電容高達3560 F/g，但其導電性及循環(huán)穩(wěn)定性較差。鑒于單一材料各有優(yōu)缺點，所以本論文以石墨烯及氮修飾石墨烯為基底，分別與Ppy、Co3O4結合，取長補短，以得到更為理想的復合電極材料。本論文研究內容如下：
　　(1)采用單極脈沖電化學沉積法在石墨烯(RGO)修飾的鉑基體上制備了電活性石墨烯/聚吡咯/鐵氰根(RGO/Ppy/FCN3-)復合膜。通過傅立葉變換紅外(FT

3、-IR)光譜、掃描電鏡(SEM)和X射線能譜(EDS)研究了復合膜的組成及其表面形貌，并用恒電流充放電、電化學阻抗(EIS)和循環(huán)伏安(CV)等測試復合膜的電容性能與循環(huán)穩(wěn)定性。結果表明：RGO/Ppy/FCN3-復合膜為三維多孔球狀結構；在電流密度為2 A/g時，RGO/Ppy/FCN3-復合膜的比容量可達337.5 F/g；在2000次循環(huán)伏安掃描過程中，復合膜電容量維持在70％左右。因此，RGO/Ppy/FCN3-復合膜具有良好的

4、電容器性能，是一種新型的超級電容器電極材料。
　　(2)采用水熱法通過改變氨基含量合成形貌可控的氨基修飾石墨烯前驅體，再經過高溫煅燒得到氨基修飾RGO/Co3O4復合材料。實驗結果表明：氨基及石墨碳含量決定Co3O4/NH2-Gs復合材料的電化學循環(huán)穩(wěn)定性。制備得到的樣品中，Co3O4/NH2-G(2)材料表現出良好的超級電容器性能，電流密度為1 A/g、15 A/g時比電容分別為2108.4、1356.7 F/g；充放電穩(wěn)定性測

5、試表明，材料在5 A/g電流密度下循環(huán)800次后容量保持率達64%。由此可得，Co3O4/NH2-G(2)材料的比表面積大、導電性好、顆粒尺寸小和循環(huán)穩(wěn)定性好，是理想的超級電容器電極材料。
　　(3)采用不同方法制備不同種類氮修飾石墨烯前驅體，再經過高溫煅燒得到不同種類氮修飾RGO/Co3O4復合材料。實驗結果表明：不同種類N修飾RGO/Co3O4復合材料的電容性能各不相同，其中，Co3O4/N-RGO550 ℃樣品中氨基氮的含量