多孔石墨烯及MXene基复合薄膜的构筑和体积比电容性能研究

发布时间：2021-02-20 14:26

　　便携式电子设备已成为我们日常生活中不可或缺的消费品,显然这些设备中的小型化储能器件需要在尽可能小的空间内储存更多的能量,这就意味着重量比电容并不是最重要的评价参数指标,而是体积比电容性能。通常超级电容器电极优异的体积比电容性能需要其重量比电容和密度能同时达到较理想的值,但大多数电极的重量比电容和密度之间的关系是矛盾对立的,从而导致低的体积能量密度。本论文以具有丰富多孔结构的多孔石墨烯以及自身拥有高体积比电容性能的类石墨烯材料（MXene）作为基体,通过设计调控并优化多孔石墨烯与导电聚合物和MXene之间的构建方式,使制备出的电极材料具有紧凑的连贯孔隙结构,并致力于从纳米尺度上深入探究电极体积比电容性能参数的影响因素以及规律,同时揭示离子在电极材料中的传输机理。将氧化石墨烯、双氧水和吡咯采用简单的一步水热和机械压缩的方法制备出自支撑的多孔石墨烯/聚吡咯复合薄膜,通过控制双氧水和吡咯的用量来调节石墨烯表面纳米孔大小以及复合物层间的孔隙结构,进而实现了具有致密连贯孔结构的电极材料构筑。结果表明这种电极材料具有优异的体积比电容和倍率性。在此基础上,对多孔石墨烯水凝胶进行氮掺杂处理,诱导聚苯胺以... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 超级电容器简介
        1.2.1 超级电容器发展现状
        1.2.2 超级电容器储能机制
        1.2.3 超级电容器性能影响因素
    1.3 高体积比电容超级电容器电极材料
        1.3.1 石墨烯基高体积比电容电极材料
        1.3.2 MXene基高体积比电容电极材料
        1.3.3 其它高体积比电容电极材料
    1.4 本论文的主要研究内容
第2章 材料制备与研究方法
    2.1 实验材料和仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的制备方法
        2.2.1 氧化石墨烯的制备
        2.2.2 自支撑的多孔石墨烯/聚吡咯薄膜制备
        2.2.3 自支撑的氮掺杂多孔石墨烯/聚苯胺薄膜制备
        2.2.4 高质量低缺陷的MXene制备
        2.2.5 纳米多孔MXene薄膜的制备
        2.2.6 改性MXene/多孔石墨烯薄膜制备
    2.3 材料形貌与组成表征
        2.3.1 场发射扫描电子显微镜
        2.3.2 场发射透射电子显微镜
        2.3.3 原位多功能透射电镜
        2.3.4 原子力显微镜
        2.3.5 X射线衍射仪
        2.3.6 X射线光电子能谱分析
        2.3.7 Raman光谱分析
        2.3.8 孔结构分析
        2.3.9 傅立叶红外光谱仪
    2.4 电化学性能分析
        2.4.1 电化学测试体系
        2.4.2 电化学性能测试
        2.4.3 电化学性能计算
第3章 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜的微观纳米尺度调控及性能研究
    3.1 引言
    3.2 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜的设计及制备
    3.3 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜的表征
        3.3.1 氧化石墨烯形貌结构表征
        3.3.2 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜形貌结构表征
    3.4 多孔石墨烯/聚吡咯薄膜电化学性能表征
        3.4.1 三电极测试体系性能分析
        3.4.2 离子在多孔石墨烯/聚吡咯薄膜中的传输机理分析
        3.4.3 二电极测试体系性能分析
    3.5 本章小结
第4章 氮掺杂多孔石墨烯/聚苯胺薄膜的构筑及性能研究
    4.1 引言
    4.2 氮掺杂多孔石墨烯/聚苯胺薄膜的设计及制备
    4.3 氮掺杂多孔石墨烯/聚苯胺薄膜表征
        4.3.1 多孔石墨烯形貌结构表征
        4.3.2 多孔石墨烯/聚苯胺水凝胶形貌表征
        4.3.3 氮掺杂多孔石墨烯/聚苯胺水凝胶形貌表征
        4.3.4 氮掺杂多孔石墨烯/聚苯胺薄膜形貌结构分析
    4.4 氮掺杂多孔石墨烯/聚苯胺薄膜电化学性能表征
        4.4.1 三电极测试体系性能分析
        4.4.2 二电极测试体系性能分析
    4.5 本章小结
第5章 纳米多孔MXene薄膜的可控构建及性能研究
    5.1 引言
    5.2 高质量低缺陷MXene的探索制备
        5.2.1 氢氟酸直接刻蚀法
        5.2.2 原位生成氢氟酸刻蚀法
    5.3 具有褶皱结构的纳米多孔MXene薄膜制备及性能研究
        5.3.1 具有褶皱结构的纳米多孔MXene薄膜设计及制备
        5.3.2 具有褶皱结构的纳米多孔MXene薄膜的表征
        5.3.3 具有褶皱结构的纳米多孔MXene薄膜电化学性能研究
    5.4 基于牺牲模板构筑柔性纳米多孔MXene薄膜及性能研究
        5.4.1 柔性纳米多孔MXene薄膜的设计及制备
        5.4.2 柔性纳米多孔MXene薄膜的表征
        5.4.3 柔性纳米多孔MXene薄膜的电化学性能研究
    5.5 本章小结
第6章 改性MXene/多孔石墨烯薄膜的构筑及性能研究
    6.1 引言
    6.2 改性MXene/多孔石墨烯复合薄膜的设计及制备
    6.3 改性MXene/多孔石墨烯复合薄膜的表征
        6.3.1 多孔氧化石墨烯的形貌结构表征
        6.3.2 改性MXene/多孔石墨烯薄膜形貌结构表征
    6.4 改性MXene/多孔石墨烯复合薄膜的电化学性能表征
        6.4.1 三电极测试体系性能分析
        6.4.2 离子在改性MXene/多孔石墨烯薄膜中的传输机理分析
        6.4.3 二电极测试体系性能分析
    6.5 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士期间发表的学术论文及参与的项目
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai.  National Science Review. 2017(03)
[2]石墨烯/聚吡咯复合材料与电化学应用研究进展[J]. 陈南,胡悦,赵扬,曲良体.  高分子学报. 2014(06)

博士论文
[1]介观结构碳基纳米材料的设计、制备及超级电容器性能[D]. 赵进.南京大学 2016
[2]石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D]. 盛凯旋.清华大学 2013



本文编号：3042900