基于多酸和石墨烯的复合物的合成及其性能研究

发布时间：2020-01-20 23:01

【摘要】：多金属氧酸盐(POMs)又称多金属氧簇,它具有结构多样性和可修饰性,优异的氧化还原性质,电子和质子转移/存储能力,热稳定性好,晶格能较高,晶格氧不稳定以及易溶于水等特点。石墨烯是sp2杂化的单原子层二维平面材料,具有大的比表面积及超强的电子特性,被广泛应用在电化学、能量储存与转换和电子学等领域。目前石墨烯作为固定POM的载体同时与多酸发生复合,制备多酸与石墨烯的复合材料的研究备受关注,多酸与石墨烯的复合材料能够结合两者独特的结构和性能,实现两种材料协同作用的效果,其在能源转化与储存、传感器、气体吸附储存、催化、航空航天等尖端技术领域具有广阔的应用前景。本文首先采用简单的阴离子交换方法设计合成了磷钼钒杂多酸(POM,H4[PMo11VO40]·32.5H2O)耦合的还原氧化石墨烯(RGO),其中聚合物离子液体(PIL),即聚(1-乙烯基-3-乙基咪唑摀溴),作为连接器将两种组分桥连在一起,得到POM/PIL/RGO杂化材料,并通过SEM、TEM、红外光谱和热重分析等测试方法对杂化材料进行了全面表征。我们将该杂化材料作为超级电容器的电极材料,测试其电容性能,PIL-15%材料的电容值能达到208 F/g,比未加入PIL的POM/RGO杂化材料提高了一倍多,表明PIL的存在能够为POM提供比较均匀的沉积位点,从而有效提高了杂化材料的电容性能。我们进一步研究了PIL加入量、干燥方法、POM加入量的不同对杂化材料电容性能的影响,实验结果显示:随着POM含量的减少,PIL-15%-1、POM-55%、POM-35%三者的电容值逐渐增大;随着PIL含量的减少PIL-15%、PIL-10%、PIL-5%和PIL-15%-1、PIL-10%-1、PIL-5%-1两组的电容值均先增大后减小,并且与冻干样品相比,在真空条件下加热干燥能够显著提高复合材料的电化学性能。目前实验得到的最佳配比是PIL的加入量占氧化石墨烯质量的10%,电容值达到243 F/g,比单纯的石墨烯超级电容器电容值(117 F/g)高一倍多。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33

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本文编号：2571391