基于石墨烯量子点的储能器件电极性能研究

发布时间：2021-01-15 23:13

　　近年来,石墨烯作为最热门的材料,在储能、场发射以及传感器等领域得到了广泛的应用。石墨烯量子点（GQDs）作为其中的一员,不仅继承了石墨烯化学性质稳定、电导率低以及制备方法多等特点,又兼具量子点的量子尺寸效应、边缘效应以及荧光效应等独特特性,因而在生物成像、荧光检测以及光电转换等领域展现了广阔的应用前景。另外,相比于CdS等传统的量子点,石墨烯量子点丰富的含氧基团和边缘缺陷,可以更好的吸附金属离子,在储能领域也表现出巨大的潜力。石墨毡（GF）是一种成本低廉、性质稳定并且导电性良好的三维多孔碳基材料,具有耐腐蚀和比表面积大等特点,适合成为储能器件的电极材料。因此鉴于石墨烯量子点与石墨毡在储能方面的巨大优势,将石墨烯量子点与石墨毡结合,在电化学储能领域具有很好的研究价值与应用前景。本文首先利用有机溶剂辅以超声法对石墨毡进行清洗。接着采用一种“自下而上”的化学合成法制备石墨烯量子点溶液。通过超声将石墨烯量子点修饰到石墨毡表面,最终制得石墨烯量子点修饰的石墨毡。为了证明石墨烯量子点成功附着到石墨毡表面。首先通过荧光分光光度计和透射电子显微镜证明成功制备出石墨烯量子点溶液。接着通过场发射扫描电子显... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锌碘液流电池示意图

石墨烯量子点(GQDs)是一种直径在20 nm以下、层数小于10层的石墨烯点(结构如图1.3所示),作为石墨烯家族的一员,一经发现便成为各行各业的研究热点[19-20]。石墨烯量子点不仅继承了石墨烯比表面积大、载流子迁移率高[21]、热化学稳定性好[22]以及热导率高[23]等特点,又兼具了量子点的量子尺寸效应[24]、边缘效应[25]以及表面效应[26]等量子效应。自从石墨烯量子点问世以来,就引起了物理、化学和材料领域研究人员的广泛关注。虽然石墨烯量子点有如此优势,但目前的研究仍处于起步阶段,其制备方法一直是研究人员关注的热点。石墨烯量子点最早是在分离碳纳米管时偶然得到的,此后研究人员又开发出能够合成出大批量且尺寸均匀的石墨烯量子点。目前,石墨烯量子点的合成方法主要有两种:“自上而下”和“自下而上”,如图1.4所示[27]。“自上而下”方法是指经过物理或者化学方法将大尺寸的物质刻蚀成纳米尺寸的石墨烯量子点,主要包括纳米刻蚀法、电化学法、溶剂热法、微波辅助法和化学玻璃纤维法等。“自上而下”这类方法做法相对比较简单、产率较高,是目前常用的一种方法。而“自下而上”方法则是以较小的结构单元作为前体,经过碳化或者热解合成出石墨烯量子点,主要有溶液化学法和超声法等。采用“自上而下”制备石墨烯量子点虽然操作复杂,做法繁琐,但可以对石墨烯量子点的形貌和尺寸进行很好的控制。

虽然石墨烯量子点有如此优势,但目前的研究仍处于起步阶段,其制备方法一直是研究人员关注的热点。石墨烯量子点最早是在分离碳纳米管时偶然得到的,此后研究人员又开发出能够合成出大批量且尺寸均匀的石墨烯量子点。目前,石墨烯量子点的合成方法主要有两种:“自上而下”和“自下而上”,如图1.4所示[27]。“自上而下”方法是指经过物理或者化学方法将大尺寸的物质刻蚀成纳米尺寸的石墨烯量子点,主要包括纳米刻蚀法、电化学法、溶剂热法、微波辅助法和化学玻璃纤维法等。“自上而下”这类方法做法相对比较简单、产率较高,是目前常用的一种方法。而“自下而上”方法则是以较小的结构单元作为前体,经过碳化或者热解合成出石墨烯量子点,主要有溶液化学法和超声法等。采用“自上而下”制备石墨烯量子点虽然操作复杂,做法繁琐,但可以对石墨烯量子点的形貌和尺寸进行很好的控制。近年来,石墨烯量子点由于良好的生物相容性、光致发光性以及化学惰性等优点,在理论与实验方面均取得了巨大进展,目前已经在荧光检测、生物成像以及储能等领域展现了巨大的潜力。


本文编号：2979679