氮摻雜石墨烯-金屬化合物電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文題名（中英對照）：氮摻雜石墨烯氮摻雜石墨烯金屬化合物電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究金屬化合物電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究PreparationofNitrogenDopedReducedGrapheneOxideMetalCompoundElectrodeMaterialsStudiesofTheirElectrochemicalProperties作者姓名：劉惠娣指導(dǎo)教師姓名及學(xué)位、職稱：黃浪歡，博士，副教授

2、學(xué)科、專業(yè)名稱：應(yīng)用化學(xué)學(xué)位類型：學(xué)術(shù)學(xué)位論文提交日期：論文答辯日期：答辯委員會主席：論文評閱人：學(xué)位授予單位和日期：暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要摘要作為超級電容器的關(guān)鍵部件，電極材料一直是超級電容器領(lǐng)域的研究熱點。目前研究的電極材料主要包括碳材料、金屬化合物和導(dǎo)電聚合物。由于各種電極材料有著自身的優(yōu)缺點，因而通過將電極材料復(fù)合可以取長補短實現(xiàn)電化學(xué)性能的優(yōu)化。石墨烯自發(fā)現(xiàn)以來，由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)受到了材料和化學(xué)界的廣泛關(guān)注。對石墨

3、烯進(jìn)行氮摻雜，能夠調(diào)節(jié)其電子結(jié)構(gòu)，有效地改進(jìn)其物理化學(xué)性能，拓寬其在超級電容器領(lǐng)域的實際應(yīng)用。為了獲得高比電容量的超級電容器電極材料，本文基于氮摻雜石墨烯與金屬化合物之間的協(xié)同增效作用，通過利用廉價的原材料和簡單的水熱法合成系列的氮摻雜石墨烯金屬化合物復(fù)合電極材料。探索復(fù)合電極材料的形成機理，并研究了電極材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和形貌等因素對電化學(xué)性能的影響。論文的主要研究內(nèi)容如下：(1)采用兩步水熱法，以醋酸鎳和尿素分別作為鎳源和還原劑及

4、氮源，先合成氮摻雜石墨烯，再以其作為Ni(OH)2的載體，合成氮摻雜石墨烯氫氧化鎳(NRGO&Ni(OH)2)復(fù)合物。對其結(jié)構(gòu)、組成、形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行分析，并探究了氮摻雜對復(fù)合物形貌的影響機理。結(jié)果表明：NRGO含氧官能團(tuán)較少，使得Ni2的成核點減少，更多的Ni2吸附在較少的成核點，從而通過自組裝形成三維花狀的NRGO&Ni(OH)2復(fù)合物。由于三維花狀的形貌結(jié)構(gòu)以及NRGO和Ni(OH)2之間的協(xié)同作用，NRGO&Ni(OH)2復(fù)

5、合物表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。(2)以尿素和醋酸鎳分別作為氮源和鎳源，采用一步水熱法原位合成了氮摻雜石墨烯氫氧化鎳(NrGONi(OH)2)復(fù)合電極材料。探索了復(fù)合電極材料的形成機理，并對其組成、結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。實驗表明：在水熱條件下，可以同時實現(xiàn)氧化石墨烯的還原和氮摻雜以及氫氧化鎳的形成。在氮摻雜作用下，氮摻雜位點特別是吡啶點可作為活性點，從而增強NrGO和Ni(OH)2之間的相互作用，使Ni(OH)2分布得更均勻，尺

6、寸更小，且NrGO與Ni(OH)2結(jié)合得更緊密，從而使復(fù)合物表現(xiàn)出更加優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括高的比電容，良好的大電流充放電能力以及穩(wěn)定的循環(huán)壽命。(3)以尿素作為還原劑、氮源和沉淀劑，硝酸鐵作為鐵源，采用水熱法一步合成了氮摻雜石墨烯三氧化二鐵(NrGOFe2O3)復(fù)合材料。通過透射電鏡可以觀察到尺寸為3040nm的Fe2O3均勻且緊密地分散在NrGO的表面。電化學(xué)測試表明NrGOFe2O3比rGOFe2O3具有更優(yōu)異的性能，這可歸結(jié)為N