笨胺与吡咯复合的石墨烯钛网泡沫膜超级电容器材料的电化学制备及性能研究

发布时间：2017-04-27 05:09

  本文关键词：笨胺与吡咯复合的石墨烯钛网泡沫膜超级电容器材料的电化学制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自从石墨烯在2004年被发现以来,它在超级电容器领域表现出了巨大的应用潜力。而氧化石墨烯(GO)电化学还原法则是一种有效的低缺陷石墨烯制备方法。此前,我们研究组发现了神奇的GO泡沫膜,还原后可以得到一种超薄的石墨烯薄膜材料。使用这种方法,我们可以将GO在钛网上涂覆形成网格状泡沫膜阵列(LFF),还原后得到的石墨烯钛网泡沫膜(rGO LFF)可以作为一种超级电容器材料。相比于单独的还原石墨烯(rGO)泡沫膜由于钛网的骨架作用弥补了其容易破损的缺点,同时由于钛网本身形状的可塑性使得其能够有效地定制所需要的形状,我们看到了这种材料在可穿戴式设备上具有巨大的应用前景。由于钛网的骨架支撑作用的存在,我们可以对这种石墨烯钛网泡沫膜材料进行一定的修饰加工而不必担心由于它的本身脆弱容易在修饰过程中发生破损。我们采用电沉积方法在rGO表面生长上了聚吡咯(Ppy)以及聚苯胺(Pani)等有机聚合物,进而从rGO LFF得到了Ppy/rGO LFF和Pani/rGO LFF等材料,利用导电聚合物的赝电容以及对材料比表面积扩展的使得材料的电容性能得到了有效的提升,我们进一步使用电共沉积的方法将吡咯与苯胺共聚生长在rGO表面并研究了它们的电容特性。经过测试,rGO LFF表现出了149.6 F g~(-1)和157.1 F cm~(-3)的质量比电容以及体积比电容,而导电聚合物的生长则使得材料的比电容得到了进一步的增大。Pani/rGO LFF比电容以循环伏安法(CV)测试在10 mV s~(-1)的扫速下能够达到633.4 F g~(-1)和664.7 F cm~(-3),在电流密度为在33.3 g~(-1)的大电流恒电流充放电(GCD)测试中表现出了250.0 F g~(-1)以及262.5 F cm~(-3)的比电容。在循环充放电测试中,经过5000次的大电流充放电后,在酸性环境中Ppy/rGO LFF保持了161.7F g~(-1)的最高比电容,而在中性环境中则是Pani/rGO LFF保持最高的127.9 F g~(-1)的比电容。在该循环充放电测试中,以1：3的Py与Ani浓度比例制备的Ppy-Pani/RGO LFF在酸性环境中表现近似于Ppy/rGO LFF,而在中性环境中的表现则近似于Pani/rGO LFF,这很好地综合了Ppy/rGO LFF和Pani/rGO LFF两者的优点。
【关键词】：氧化石墨烯 泡沫膜 电还原 石墨烯 聚苯胺 聚吡咯 电沉积 电共沉积 超级电容器
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 石墨烯简介12-15
• 1.1.1 石墨烯的结构12-13
• 1.1.2 石墨烯的性质13-14
• 1.1.3 石墨烯的制备14-15
• 1.1.4 石墨烯的应用15
• 1.2 超级电容器简介15-17
• 1.2.1 超级电容器的分类15-16
• 1.2.2 超级电容器的性质16
• 1.2.3 超级电容器的材料16-17
• 1.3 石墨烯钛网泡沫膜超级电容器材料17-18
• 1.3.1 石墨烯泡沫膜17
• 1.3.2 石墨烯泡沫膜的应用17
• 1.3.3 石墨烯钛网泡沫膜材料17-18
• 论文主要工作介绍18-20
• 参考文献20-26
• 第二章 电还原法制备石墨烯钛网泡沫膜26-38
• 2.1 引言26-27
• 2.2. 实验部分27-29
• 2.2.1 试剂27
• 2.2.2 制备氧化石墨烯(GO)27
• 2.2.3 制备网格状GO泡沫膜(GO LFF)27-28
• 2.2.4 电还原制备网格状rGO泡沫膜(rGO LFF)28
• 2.2.5 电化学操作及测试28
• 2.2.6 表征28-29
• 2.3 结果讨论29-34
• 2.3.1 GO材料的形貌29
• 2.3.2 rGO LFF材料的形貌29-31
• 2.3.3 GO LFF与rGO LFF材料性质表征31-32
• 2.3.4 rGO LFF材料的电容性能研究32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 参考文献35-38
• 第三章 电沉积法制备聚吡咯/石墨烯钛网泡沫膜38-48
• 3.1 引言38-39
• 3.2. 实验部分39-40
• 3.2.1 试剂39
• 3.2.2 制备氧化石墨烯(GO)39
• 3.2.3 制备网格状GO泡沫膜(GO LFF)39
• 3.2.4 电还原制备网格状rGO泡沫膜(rGO LFF)39
• 3.2.5 电沉积法制备网格状聚吡咯/rGO泡沫膜(Ppy/rGO LFF)39-40
• 3.2.6 电化学操作及测试40
• 3.2.7 表征40
• 3.3 结果讨论40-44
• 3.3.1 Ppy/rGO LFF材料制备流程41
• 3.3.2 Ppy/rGO LFF材料的形貌结构及表征41-42
• 3.3.3 rGO LFF材料的电容性能研究42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 参考文献45-48
• 第四章 电沉积法制备聚苯胺/石墨烯钛网泡沫膜48-58
• 4.1 引言48-49
• 4.2. 实验部分49-51
• 4.2.1 试剂49
• 4.2.2 制备氧化石墨烯(GO)49
• 4.2.3 制备网格状GO泡沫膜(GO LFF)49-50
• 4.2.4 电还原制备网格状rGO泡沫膜(rGO LFF)50
• 4.2.5 电沉积法制备网格状聚苯胺/rGO泡沫膜(Pani/rGO LFF)50
• 4.2.6 电化学操作及测试50-51
• 4.2.7 表征51
• 4.3 结果讨论51-54
• 4.3.1 Pani/rGO LFF材料制备流程及其形貌结构及表征51-52
• 4.3.2 rGO LFF材料的电容性能研究52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 参考文献55-58
• 第五章 电共沉积制备聚吡咯-聚苯胺/石墨烯钛网泡沫膜及与其他钛网泡沫膜的性能对比58-74
• 5.1 引言58-59
• 5.2. 实验部分59-61
• 5.2.1 试剂59
• 5.2.2 制备氧化石墨烯(GO)59-60
• 5.2.3 制备网格状GO泡沫膜(GO LFF)60
• 5.2.4 电还原制备网格状rGO泡沫膜(rGO LFF)60
• 5.2.5 电沉积法制备网格状聚毗咯-聚苯胺/rGO泡沫膜(Ppy-Pani/rGO LFF)60
• 5.2.6 电化学操作及测试60-61
• 5.2.7 表征61
• 5.3 结果讨论61-70
• 5.3.1 Ppy-Pani/rGO LFF材料制备流程及其形貌结构及表征61-64
• 5.3.2 Ppy-Pani/rGO LFF材料的电容性能及其与其它LFF材料的对比64-68
• 5.3.3 不同LFF材料的性能分析与评价68-70
• 5.4 本章小结70-72
• 参考文献72-74
• 结论74-76
• 致谢76-78
• 在读期间发表学术论文78

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本文编号：329973