石墨烯及其復合薄膜在電極材料中的研究.pdf

1、石墨烯具有諸多優(yōu)良的性能，如良好的導電性與透光性，較高的比表面積等，在各個領(lǐng)域得到廣泛的研究和應用。本文重點研究了石墨烯及石墨烯復合材料的制備及其在超級電容器及透明導電電極材料領(lǐng)域中的應用。
　　采用Hummer's氧化法制備氧化石墨烯(GO)，再利用氧化石墨烯的成膜性及其片層間的π-π堆疊作用制備氧化石墨烯自支撐柔性薄膜材料。使用6種還原方法(HI，H2SO4，HI+H2SO4，NaOH，N2H4及NaBH4還原)對氧化石墨烯自

2、支撐柔性薄膜材料進行還原，比較還原后還原氧化石墨烯薄膜(RGO)的膜結(jié)構(gòu)的完整性及電導率。結(jié)果表明各還原方法均可還原氧化石墨烯自支撐柔性薄膜材料。其中HI還原的RGO自支撐薄膜材料膜結(jié)構(gòu)保持完整，且電導率遠高于其他方法還原的RGO薄膜。 H2SO4及NaOH還原的RGO自支撐薄膜結(jié)構(gòu)卷曲;N2H4及NaBH4還原的RGO自支撐薄膜由于還原過程中反應較劇烈而不能保持RGO自支撐薄膜完整的膜結(jié)構(gòu)，不能滿足后續(xù)的研究要求。
　　采用一種

3、低溫溶液共還原過程，可以同時還原GO及金屬納米顆粒，再通過浸漬提拉法成功制備出RGO，RGO-Cu，RGO-Ag及RGO-Ag-Cu復合透明導電電極材料。對各樣品進行電學性能及光學性能的研究，結(jié)果表明金屬納米顆粒的加入能有效改善RGO透明導電電極的電導率，且Ag對復合材料電導率的提升要大于Cu納米顆粒。隨著金屬納米顆粒含量的增加，復合透明導電電極的電導率逐漸增加，但透光率卻逐漸下降。通過優(yōu)化復合透明導電電極中金屬顆粒的含量，可以使透明導

4、電電極材料兼具優(yōu)良的導電性及透光性。制備了RGO-Ag-Cu三相復合透明導電電極材料。通過調(diào)節(jié)三相復合材料中Ag納米顆粒和Cu納米顆粒濃度，可以得到成本低于RGO-Ag，電學性能高于RGO-Cu的三相復合透明導電電極。
　　使用溶液蒸發(fā)法，采用聚苯乙烯微球作為可去除模板，制備了多孔自支撐紙狀RGO薄膜電極材料，并通過電沉積方法制在其表面沉積了聚吡咯(PPy)涂層，最終得到多孔石墨烯-PPy復合材料。CV測試及恒流源充放電測試結(jié)果表

5、明PPy對提升自支撐紙狀RGO薄膜電極材料的電導率及電容具有顯著的效果。研究結(jié)果還表明復合多孔結(jié)構(gòu)比提升電導率更有益于電極材料電化學性能的提升。具有多孔結(jié)構(gòu)，并具有PPy涂層的多孔石墨烯-PPy復合自支撐紙狀薄膜電極材料具有較優(yōu)的比電容。但是由于PPy的電化學不穩(wěn)定性，多孔石墨烯-PPy復合自支撐紙狀薄膜電極材料的電化學穩(wěn)定性相對較差。
　　通過溶液蒸發(fā)法及電化學沉積法制備了自支撐柔性TiO2-G-PPy復合薄膜超級電容器電極材料

6、。 TiO2的引入有效的提升了復合電極材料電容及電化學穩(wěn)定性。當TiO2在TiO2-G-PPy復合薄膜中的含量達到14.6％的時候，復合電極材料具有最高的電容及電化學穩(wěn)定性。電化學沉積的PPy涂層對電極材料電學性能的影響相當顯著，可以有效提升電化學測試過程中電極材料的電流密度，進而提升復合電極材料的電容。但PPy由于其自身的電化學不穩(wěn)定性在一定程度上影響了TiO2-G-PPy及G-PPy復合材料的電化學穩(wěn)定性。TiO2-G-PPy具有較