三維石墨烯基復(fù)合材料在超級電容器與水處理中的應(yīng)用.pdf

1、石墨烯是二維原子晶體材料，具有碳原子sp2雜化所形成的共軛π鍵結(jié)構(gòu)，是碳材料家族結(jié)構(gòu)組成的基本單位。出色的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)等性能使石墨烯在能源存儲與環(huán)境保護方面具有較大的應(yīng)用前景。
　　本論文利用經(jīng)濟易得的聚合物為模板制備三維石墨烯復(fù)合材料并探究其在超級電容器電極材料和水處理材料方面的應(yīng)用。在電極材料研究中，以炭化三聚氰胺海綿得到的摻氮碳泡沫為模板，利用火焰法還原得到三維石墨烯材料。三維碳泡沫以及還原氧化石墨烯的存在，可以增加體系

2、的導(dǎo)電性促進電子的快速傳遞。得到的樣品無需粘結(jié)劑以及涂覆過程可直接作為電極，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能;在水處理方向，以商品化聚氨酯海綿為模板制備三維石墨烯，考慮到二氧化錳良好的吸附以及催化性能，將其與三維石墨烯復(fù)合，以塊狀形式應(yīng)用于水處理中，相較于粉末形式的水處理材料具有易回收分離的優(yōu)勢。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)首先將三聚氰胺海綿炭化后得到碳泡沫，再通過真空浸漬將氧化石墨烯負載在碳泡沫上。然后利用火焰法原位還原得到三維石墨烯復(fù)合

3、材料，將其直接作為電極材料，整個過程綠色、經(jīng)濟，可操作性較強。在三電極體系中，以6M氫氧化鉀為電解液，制備的電極材料在電流密度為2mA·cm-2時，面電容達到500mF·cm-2，質(zhì)量比電容約為250F·g-1，經(jīng)過10000圈充放電循環(huán)后，比電容保持率可達到91％，具有良好的電容特性。
　　(2)以商品化的聚氨酯海綿為模板，抗壞血酸為還原劑，得到三維石墨烯，然后依據(jù)碳與高錳酸鉀之間的氧化還原反應(yīng)得到二氧化錳三維固體水處理復(fù)合材料