石墨烯-金屬氧化物復(fù)合材料超級(jí)電容器電極材料研究.pdf

1、作為繼碳納米管、富勒烯后又一新型碳的同素異形體，石墨烯以其高比表面積及導(dǎo)電性，被認(rèn)為是一種理想電極材料。但是因其易團(tuán)聚，導(dǎo)致比電容降低等問題制約了其實(shí)際應(yīng)用。過渡金屬氧化物因其高理論比電容、低成本等特點(diǎn)，引起大家的廣泛關(guān)注，但是又因其電導(dǎo)率低、與有機(jī)電解質(zhì)兼容性差、循環(huán)壽命低等問題大大降低了電容性能。本論文利用石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，引入金屬氧化物制備出多種復(fù)合材料，充分結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，以獲得具有突出電化學(xué)性能的電極材料。
　　對(duì)傳

2、統(tǒng)的Hummers法進(jìn)行改進(jìn)，采用經(jīng)微波膨脹后納米石墨片代替天然鱗片石墨作為原料，有效的提高了制備效率。經(jīng)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯在 KOH和Na2SO4兩種電解液中的電化學(xué)性能存在差異。當(dāng)充放電電流密度為1A/g時(shí)，石墨烯在前者中的比電容為146F/g，遠(yuǎn)大于在Na2SO4電解液中的83F/g。交流阻抗結(jié)果表明，在KOH電解液中石墨烯具有較低的等效串聯(lián)電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻，表明石墨烯在KOH電解液中具有更好的親水性。此外，經(jīng)過1000次循

3、環(huán)測(cè)試后，石墨烯在KOH電解液中比電容仍為最初的92％，表現(xiàn)出更高的電化學(xué)穩(wěn)定性。
　　采用簡(jiǎn)單快速的方法，以石墨烯及金屬鹽作為原料，在不添加其他添加劑的條件下，制備出多種復(fù)合材料：G/MnO2、G/Fe2O3、G/Co3O4、G/NiO。分析結(jié)果表明在作為導(dǎo)電體的石墨烯表面生成了金屬氧化物顆粒，其中G/MnO2復(fù)合材料具有更好的結(jié)構(gòu)特征，大小相同的納米級(jí)MnO2顆粒均勻附著在石墨烯表面及片層之間。電流密度為1A/g時(shí)，以上幾種復(fù)

4、合材料的比電容分別為242F/g、169F/g、181.5F/g和178F/g，比電容均大于石墨烯，說明引入金屬氧化物有效的提高了其電容性能。并且由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特征，G/MnO2復(fù)合材料表現(xiàn)出最優(yōu)異的電容性能。
　　為了進(jìn)一步研究G/MnO2復(fù)合材料的性能，通過改變石墨烯和Mn源兩者的比例，制備出多種G/MnO2復(fù)合材料：GMn1:1、GMn1:4、GMn1:7和GMn1:10。隨著Mn源比例的增大，GMn復(fù)合材料中MnO2顆粒