碳纳米管—石墨烯异质结构及复合物的构筑与其超电容性能研究
[Abstract]:With the development and utilization of clean energy, energy reserve becomes more and more important. It is urgent to develop efficient energy storage equipment. Supercapacitor is a new type of energy storage/conversion device. Its high power density and long cycle life are favored by researchers. In the past decade, carbon nanotubes (CNTs) have been used as typical electrode materials for double-layer supercapacitors because of their excellent mechanical properties, chemical stability and high conductivity. MWCNTs are easily intertwined and wound to form "ropes" and the two ends of the carbon nanotubes are enclosed so that the ions in the electrolyte can not touch the inner wall of the carbon nanotubes. In order to improve the electrochemical performance of carbon nanotubes as electrode materials for supercapacitors, it is necessary to cut, dope or compound the carbon nanotubes.
In this paper, we prepared carbon nanotube graphene oxide heterogeneous structure (CNTGO) by cutting open MWCNTs with modified Hammer method. Nitrogen-doped carbon nanotube-graphene composites (Nitrogen-doped graphene composites) with high performance were prepared by using CNTGO as substrate material. Carbon nanotube reduced graphene oxide heterogeneous carbon composites (N-CNTRGO) and nickel oxide/carbon nanotube-graphene composites (NiO/CNTRGO). The morphologies, structures and compositions of the three materials were characterized by correlation analysis. The electrochemistry of N-CNTRGO and NiO/CNTRGO was studied by electrochemical methods. Performance is studied in detail. The main contents are summarized as follows:
Modified HUMmer method was used to cut MWCNTs to obtain water-dispersible CNTGO. Carbon nanotube reduced graphene oxide heterogeneous structure (CNTRGO) was obtained by subsequent heat treatment. The results showed that the material was formed by the rupture of short carbon nanotubes and the wall of carbon nanotubes. It was found that the amount of oxidant was the key factor affecting the electrochemical performance of CNTRGO. When the mass ratio of KMnO4 to MWCNTs was 4:1, the CNTRGO electrode had the largest specific capacitance. In 1mol L-1H2SO4 and 1mol L-1KOH electrolytes, the specific capacitance of CNTRGO reached 157 and 183F g-1, respectively, when the current density was 1Ag-1. The specific capacitance of the material was about 9 times as large as that of MWCNTs under the same conditions. In addition, the material was charged and discharged continuously for 3000 times in 1mol L-1H2SO4 electrolyte with current density of 1Ag-1. It was found that the specific capacitance did not decay, but remained 82.5% of its initial value in 1mol L-1KOH electrolyte after 3000 cycles. Excellent, it is a potential supercapacitor electrode material.
Nitrogen-doped carbon nanotubes-graphene composites (N-CNTRGO) were prepared by a simple hydrothermal method. Hydrazine hydrate was used as a reducing agent (CNTGO reduced to CNTRGO) and nitrogen source, and ammonia solution with pH=10 was used as a solvent in the synthesis of N-CNTRGO. The nitrogen content of N-CNTRGO is as high as 3.48% when the reaction temperature is 120 degrees C. The specific capacitance of N-CNTRGO is 269.1Fg-1 at 1Ag-1. After 5000 cycles, the specific capacitance of N-CNTRGO can still keep 81%.
NiO/CNTRGO composites (NiO/CNTRGO) were prepared by simple solvothermal method and subsequent heat treatment. In the NiO/CNTRGO composite process, CNTRGO was used as substrate to grow NiO and NiO could effectively avoid the aggregation behavior of CNTRGO. When NiO/CNTRGO composites (NiO accounted for 77.5% of the total mass of NiO/CNTRGO) were used as super-composites. The electrode material of grade-I capacitor exhibits excellent electrochemical performance: the specific capacitance is 1010Fg-1 at current density of 1A g-1. In addition, the specific capacitance of the composite can still keep 68% of the initial value after 3000 cycles.
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O613.71;TM53
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本文编号:2238643
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