石墨烯的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯自2004年首次被發(fā)現(xiàn)以來，立即引起了世界各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注;繼富勒烯，碳納米管后又在世界各地掀起了一股新的碳材料研究熱潮;它的發(fā)現(xiàn)者Geim和Novoselev在2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯具有嚴(yán)格的二維平面結(jié)構(gòu)，是由碳六環(huán)組成的蜂窩狀晶體。正是由于石墨烯具有如此特殊的結(jié)構(gòu)，它表現(xiàn)出眾多優(yōu)良的物理、化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等方面的性能，比如它不僅具有極高的比表面積和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且具有良好的導(dǎo)電性和光學(xué)透明性。因此它在

2、超級(jí)電容器、鋰離子電池等儲(chǔ)能器件和觸摸屏等光學(xué)顯示器件方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。目前石墨烯的制備方法已經(jīng)從最初發(fā)現(xiàn)它時(shí)的最原始的機(jī)械剝離法發(fā)展到現(xiàn)在的剝開碳納米管法、氧化還原法、CVD法、熱膨脹剝離法等數(shù)十種制備方法，諸多方法為石墨烯的大規(guī)模制備提供了有力保障。然而這些方法也存在一些問題，如利用化學(xué)氧化還原法制備石墨烯，在還原的過程中，石墨烯容易發(fā)生團(tuán)聚等現(xiàn)象。同時(shí)由于石墨被強(qiáng)氧化劑氧化過后，石墨烯的結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重的破壞，還原不夠徹底等。

3、本文研究討論了如何改善化學(xué)氧化還原法的制備工藝，如何提高氧化石墨的還原程度和效率。另外通過在常壓低溫條件下和微波輻射、電弧放電等輔助條件下熱膨脹氧化石墨得到功能型石墨烯，并將其作為超級(jí)電容器的電極材料，通過循環(huán)伏安，恒流充放電，交流阻抗等測(cè)試方法研究了基于功能型石墨烯超級(jí)電容器電極的電化學(xué)性能。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　(1)研究了化學(xué)氧化還原法制備石墨烯的過程中分別在靜止、恒溫磁力攪拌和超聲振蕩的條件下回流還原氧化石墨烯的

4、效果，同時(shí)改進(jìn)了化學(xué)氧化還原法制備石墨烯的工藝流程，在對(duì)氧化石墨進(jìn)行化學(xué)回流還原之前對(duì)其進(jìn)行低能球磨。采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、光學(xué)顯微鏡(OM)以及拉曼光譜儀(Raman)、紅外光譜儀(FTIR)、熱重分析儀(DSC-TGA)等測(cè)試手段對(duì)制備的樣品進(jìn)行表征。
　　(2)分別通過低溫?zé)崤蛎洝⑽⒉ㄝ椛?、電弧放電等方法制備功能型石墨烯。通過XRD、SEM、TE

5、M、AFM、OM以及Raman、FTIR、DSC-TGA等測(cè)試手段對(duì)制備的樣品進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，熱膨脹能有效使氧化石墨中的含氧官能團(tuán)受熱分解，從而使氧化石墨發(fā)生剝離還原。制備的功能型石墨烯層數(shù)大部分在10層以下，低溫和微波條件下氧化石墨發(fā)生了部分還原，電弧放電提供的瞬時(shí)高溫能使氧化石墨剝離還原的更充分。
　　(3)將低溫?zé)崤蛎?、微波輻射及電弧放電等方法制備的功能型石墨烯作為超?jí)電容器的電極材料，利用恒流充放電，循環(huán)伏安以及交流阻抗譜等