新型碳材料的制备及其在电极材料中的应用

发布时间：2020-07-28 14:26

【摘要】：超级电容器作为一种新型储能设备,具有功率密度大、使用寿命长、比电容大等特点,其中赝电容体系中聚苯胺电极具有成本低、制备简单、化学稳定性好等特点而受到热捧。但聚苯胺电极存在循环稳定性差、实际比电容低、电导率不高等问题。作为新型碳材料的碳量子点及石墨烯都具有较大的比表面积,可以为电子传输及存储提供更多的空间,碳材料在电化学方面表现出良好的特性。将新型碳材料引入聚苯胺体系中,制备复合材料,利用好碳材料及聚苯胺之间的协同效应,提高电化学性能。本文基于碳点的制备,并将石墨烯与碳点复合,制备出一种新型面-点结构的碳材料。后将此类碳材料应用于聚苯胺基电极材料中进行电化学应用。主要内容如下:1选用微波法及电化学氧化法制备碳点,微波法以丙三醇为碳源结合制备碳点,同时丙三醇对碳点进行钝化修饰使得所制备的碳点具有良好的荧光性、水溶性。电化学氧化法以石墨棒为原料在电解条件下进行剥离制备碳点。相比之下,微波法制备的碳点含有更为丰富的氢氧官能团,并且在制备工艺条件上简单可控,对碳点的形貌尺寸可进行有效的调整,同时其制备时间较短,可进行大规模制备,应用前景更好。2选用微波法制备的碳点,采用原位聚合法将其掺杂进聚苯胺体系中,所制备的复合电极在导电率、比电容、循环稳定性方面均有提高。在0.5 A/g电流密度下相比纯聚苯胺,PANI@25minCQDs复合电极的比电容提升了 25.72%,在5 A/g电流密度下循环1000次保持78%的比容量。3引入石墨烯基体,将碳点与氧化石墨烯进行水热复合,成功制备出一种面-点结构的碳材料。利用碳点的尺寸优势以及丰富的官能团,其对石墨烯进行了有效的修饰,极大的改善了石墨烯堆叠现象,所制备出的GO@CQDs复合材料结构更为平整、实际比表面积更大、机械强度更好。4 GO@CQDs复合进聚苯胺体系中后,PANI@GO@CQDs复合电极的电化学性能得到了很大的提升,其中PANI@GO@30minCQDs在0.5 A/g的电流密度下相比纯聚苯胺比电容提升51.43%,在循环稳定性方面比电容保持在91%。5相比仅复合碳点,石墨烯的加入,提供了更为稳定的碳结构,使得制备出的PANI@GO@CQDs复合电极相比PANI@CQDs在电化学性能方面得到了更大的提升。可能是石墨烯相对大尺寸的稳定片层状碳结构起到了关键作用,碳点作为纳米级碳颗粒在结构稳定方面贡献没有石墨烯大。图[58]表[10]参[110]。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TQ127.11
【图文】：

碳纳米材料

而出现一种新型的碳同素异形体即石墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）。这一新的发现使得他们逡逑成为２０１０年诺贝尔物理学奖获得者，并引发了很多科研工作者对石墨烯的疯热逡逑研究。图１．１为常见的碳纳米材料，分别是金刚石、碳量子点、富勒烯、碳纳米逡逑管和石墨烯。逡逑Ｎａｎｏ－ｄｉａｍｏｎｄ逦Ｃａｒｂｏｎ邋Ｄｏｔｓ逦Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ逦Ｃａｒｂｏｎ邋Ｎａｎｏｔｕｂｅ邋Ｇｒｅｐｈｅｎｅ逡逑图１．１常见碳纳米材料逡逑Ｆｉｇｌ．ｌ邋Ｃｏｍｍｏｎ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑随着碳材料的不断发展，凭借着自身特有的性质已经在能源、环境、高新技逡逑术产业等得到广泛的应用，并且朝着越来越环保和人性化的方向发展。以下主要逡逑介绍两种新型碳材料碳量子点和石墨烯。逡逑ｉ－１－ｉ碳量子点逡逑在众多碳纳米材料中，碳量子点因具有特殊的荧光性而备受瞩目，其首次被逡逑Ｘｕ等［８］人使用电弧放电法制备碳纳米管时发现，元素分析显示其碳含量为逡逑５３．９３％、氮含量为１．２０％、氢含量为２．５６％、氧含量４０．３３％。从定义上讲，碳量逡逑子点是一个广义的概念，总结为悬浮于溶剂中的直径尺寸上小于１０ｎｍ的碳纳米逡逑材料，简称为碳点（ＣＱＤｓ）。碳点不仅具有荧光性能，还表现出良好的生物兼容逡逑性、无毒性、易修饰性和易功能化等优点

示意图,形貌结构,示意图,碳纳米材料

新型碳材料的制备及其在电极材料中的应用

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【参考文献】